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Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de Lorena Vitor Correa Hercolin ESTUDO SOBRE O TRATAMENTO DE ÁGUA RESIDUAL DE LAVANDERIA PARA SEU REUSO EM UM NOVO PROCESSO DE LAVAGEM Lorena 2015

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Universidade de São Paulo

Escola de Engenharia de Lorena

Vitor Correa Hercolin

ESTUDO SOBRE O TRATAMENTO DE ÁGUA RESIDUAL DE LAVANDERIA

PARA SEU REUSO EM UM NOVO PROCESSO DE LAVAGEM

Lorena

2015

Universidade de São Paulo

Escola de Engenharia de Lorena

Vitor Correa Hercolin

Estudo sobre o tratamento de água residual de lavanderia para seu reuso

em um novo processo de lavagem

Projeto de monografia apresentado à Escola de Engenharia de Lorena – Universidade de São Paulo como requisito parcial para obtenção de título de Engenheiro Químico. Área de concentração: Engenharia Ambiental e Processo de Separação. Orientadora: Profª Drª Teresa Cristina Brazil de Paiva

Lorena

2015

AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIOCONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE

Ficha catalográfica elaborada pelo Sistema Automatizadoda Escola de Engenharia de Lorena,

com os dados fornecidos pelo(a) autor(a)

Hercolin, Vitor Correa Estudo sobre o tratamento de água residual delavanderia para seu reuso em um novo processo delavagem. / Vitor Correa Hercolin; orientadora ProfªDrª Teresa Cristina Brazil de Paiva. - Lorena, 2015. 53 p.

Monografia apresentada como requisito parcialpara a conclusão de Graduação do Curso de EngenhariaQuímica - Escola de Engenharia de Lorena daUniversidade de São Paulo. 2015Orientadora: Profª Drª Teresa Cristina Brazil dePaiva

1. água residual de lavanderia. 2. Tratamento deágua. 3. Reuso de água. I. Título. II. de Paiva,Profª Drª Teresa Cristina Brazil , orient.

AGRADECIMENTOS

Aos meus pais, Wagner e Raquel, que cоm muito amor е apoio, contribuíram

intensamente para que eu chegasse até essa etapa de minha vida.

Ao meu irmão, Bruno, por acreditar sempre em mim e ser um grande exemplo.

A toda minha família pelo incentivo е pelo apoio constante.

Aos professores, pelo ensinamento transmitido e pela compreensão.

À minha orientadora, Profª Drª Teresa Cristina Brazil de Paiva, pela

disponibilidade e paciência nа orientação е incentivo qυе tornaram possível а

conclusão desta monografia.

Aos companheiros de república pela amizade, companheirismo e por serem

minha segunda família.

Aos meus amigos, pеlаs alegrias e, até mesmo tristezas compartilhadas.

Aos meus companheiros e orientadores de estágio, pela convivência e

aprendizado.

À minha companheira Laís por todo apoio e torcida em direção ao meu sucesso.

RESUMO

HERCOLIN, Vitor Correa Estudo sobre o tratamento de água residual de

lavanderia para seu reuso em um novo processo de lavagem. 2015. 53f.

Projeto de monografia (Trabalho de conclusão de curso) – Escola de Engenharia

de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2015.

A escassez de água é iminente, dado ao uso sem planejamento dos recursos

hídricos, somado aos fatores naturais que contribuem para um agravamento do

problema de água potável. Neste cenário, a necessidade de mudanças

comportamentais da população, assim como utilização de métodos de

reaproveitamento de água, surgem como medidas de urgência para uma

desaceleração do processo de esgotamento hídrico. Um grande consumidor de

água é o processo de lavagem de roupas. Este trabalho tem por objetivo estudar,

com base em uma revisão de dados disponíveis na literatura, as características

do efluente do processo de lavagem, assim como tipos de tratamentos de águas

residuais, viabilizando um processo para o reuso dessa água para o próprio uso

em lavanderia. Entender as eficiências de remoção dos diversos tratamentos em

relação a cada parâmetro de interesse é essencial para definição do sistema de

tratamento a ser implementado. Ao mesmo tempo a dificuldade de padronização

do efluente em questão é real, devidos aos diferentes hábitos relacionados a

cultura e costumes. Através da análise de trabalhos realizados nessa área foi

possível confirmar a viabilidade desta prática que não visa apenas uma

recompensa econômica mas, também, a possibilidade de práticas mais

sustentáveis, em um tempo caracterizado pela crescente escassez de recursos

naturais.

Palavras-chave: água residual de lavanderia, tratamento de água, reuso de água.

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Processos biológicos de tratamento de água. ..................................... 27

Tabela 2 - Descrição dos tipos de tratamento para esgoto. .................................. 28

Tabela 3 - Valor dos parâmetros no processo de tratamento onde pectina extraída

da casca de laranja sozinha (6mL/L) é usada como coagulante pelo período de

retenção de 24 h. .................................................................................................. 31

Tabela 4 - Determinação dos parâmetros na água residual antes e depois do

tratamento pelo processo de coagulação. ............................................................ 32

Tabela 5 - Determinação dos parâmetros na água residual antes e depois do

tratamento com membranas. ................................................................................ 33

Tabela 6 - Parâmetro de qualidade do efluente bruto e após o tratamento por

coagulação/floculação* e adsorção/coagulação/floculação**. .............................. 35

Tabela 7 - Resultados dos parâmetros físico-químicos dos efluentes bruto, tratado

por coagulação/floculação e adsorção/coagulação/floculação. ............................ 36

Tabela 8 - Qualidade da água alimentada e drenada do biorreator a membrana na

escala piloto. ......................................................................................................... 39

Tabela 9 - Qualidade da água do permeado e concentrado da unidade de filtração

a membrana (escala piloto). .................................................................................. 40

Tabela 10 - Qualidade da água alimentada e drenada do bioreator a membrana

na planta em grande escala. ................................................................................. 41

Tabela 11 - Qualidade da água do permeado e concentrado da unidade de

filtração a membrana (larga escala). ..................................................................... 41

Tabela 12 - Características da água residual investigada. .................................... 43

Tabela 13 - Valores dos parâmetros de interesse após as etapas de filtração por

carvão ativado e permeação por membrana UF. .................................................. 45

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Quantidade de água gasta diariamente. ............................................... 13

Figura 2 ................................................................................................................. 14

Figura 3 - Fluxograma do processo de reciclagem. .............................................. 38

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABES Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental

AOX Compostos Orgânicos Halogenados Adsorvíveis

AWWA American Water Works Association

BIAS Bismuth active substances

CETESB Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental

CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente

DBO Demanda Biológica de Oxigênio

DBO5 Demanda Bioquímica de Oxigênio medida durante um período de 5 dias

DQO Demanda Química de Oxigênio

FEPAM Fundação Estadual de Proteção Ambiental

IPT Instituto de Pesquisa Tecnológica

LAS Lauril Sulfato de Sódio

MBAS Methylene blue active substances

MBR Biorreator de Membrana

OD Oxigênio Dissolvido

OMS Organização Mundial da Saúde

OR Osmose Reversa

PAC Policloreto de alumínio

PNCDA Programa Nacional de Combate ao Desperdício de Água

pH Potencial hidrogeniônico

SST Sólidos Suspensos Totais

UF Ultrafiltração

USP Universidade de São Paulo

UV Ultravioleta

LISTA DE SÍMBOLOS

mg Miligrama

L Litro

NTU Unidade Nefelométrica de Turbidez

uH Unidade Hazen (mg-Col.L-1).

uT Unidade de Turbidez

s Segundo

m Metro

g Grama

ºC Grau Celsius

min Minuto

mm Milímetro

μm Micrômetro

mL Mililitro

cel Células

S siemens

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ............................................................................................... 12

1.1. MOTIVAÇÃO ........................................................................................... 12

1.2. OBJETIVO GERAL .................................................................................. 15

1.3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................... 15

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................... 16

2.1. SUSTENTABILIDADE .............................................................................. 16

2.2. REUSO DE ÁGUA ................................................................................... 16

2.2.1. BENEFÍCIOS DO REUSO DA ÁGUA ................................................ 18

2.3. COMPOSIÇÃO DA ÁGUA RESIDUAL DE LAVANDERIA ....................... 20

2.4. TIPOS DE TRATAMENTO DE ÁGUA ...................................................... 21

2.4.1. COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO ........................................................ 21

2.4.2. DECANTAÇÃO.................................................................................. 23

2.4.3. FLOTAÇÃO ....................................................................................... 23

2.4.3.1. Flotação eletrostática .................................................................. 23

2.4.3.2. Flotação por ar disperso ............................................................. 23

2.4.3.3. Flotação por ar dissolvido ........................................................... 24

2.4.4. FILTRAÇÃO ...................................................................................... 24

2.4.5. CARVÃO ATIVO ................................................................................ 24

2.4.6. PROCESSO DE SEPARAÇÃO POR MEMBRANAS ........................ 25

2.4.6.1. Osmose reversa .......................................................................... 25

2.4.6.2. Microfiltração ............................................................................... 25

2.4.6.3. Ultrafiltração ................................................................................ 26

2.4.7. TRATAMENTO BIOLÓGICO ............................................................. 26

2.4.8. TRATAMENTOS OXIDATIVOS:........................................................ 26

2.3.8.1. Processo de Fenton ...................................................................... 26

2.4.9. TRATAMENTOS DIVERSOS ............................................................ 29

3. ESTUDO DE CASO: TRATAMENTO DE ÁGUA RESIDUAL DE

LAVANDERIA ....................................................................................................... 31

3.1. UNIVERSIDADE DE MARBOR ............................................................... 31

3.2. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO

GRANDE DO SUL ............................................................................................. 34

3.3. PROJETO DE TRATAMENTO DE ÁGUA RESIDUAL DE LAVANDERIA

EM UMA LAVANDERIA INDUSTRIAL ALEMÃ ................................................. 36

3.3.1. Descrição do processo ...................................................................... 37

3.3.2. Composição da planta. ...................................................................... 38

3.3.3. Resultados da planta piloto ............................................................... 38

3.3.4. Resultados da planta de larga escala ................................................ 40

3.4. DEMONSTRAÇÃO DE UM SISTEMA DE TRATAMENTO PARA

PURIFICAÇÃO E REUSO DA ÁGUA RESIDUAL DE LAVANDERIA. .............. 42

3.4.1. Características da água residual ....................................................... 42

3.4.2. Reagentes ......................................................................................... 43

3.4.3. Protótipo de larga escala ................................................................... 43

3.4.4. Resultados ........................................................................................ 44

3.4.5. Limpeza da membrana UF ................................................................ 45

3.4.6. Testes de reuso ................................................................................. 46

4. DISCUSSÃO .................................................................................................. 47

5. CONCLUSÃO ................................................................................................ 48

6. CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................... 49

Para dar continuidade a esse trabalho, visando futuros estudos, propõe-se

buscar informações e analisar, com base nos dados obtidos, os seguintes

assuntos: ........................................................................................................... 49

6. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................. 51

12

1. INTRODUÇÃO

1.1. MOTIVAÇÃO

O crescente aumento da população e a cultura de um uso inconsequente da

água, somado às adversidades climáticas guiam para uma situação cada vez

mais crítica em relação aos recursos hídricos disponíveis. Nenhuma questão hoje

é mais importante do que a da água. Dela depende a sobrevivência de toda a

cadeia da vida e, consequentemente, de nosso próprio futuro. Ela pode ser motivo

de guerra como de solidariedade social e cooperação entre os povos (BOFF,

2015).

Segundo Ney Maranhão, então secretário de recursos hídricos do Ministério do

Meio Ambiente, declarou que: “teremos que mudar a conduta em relação ao uso

desse recurso”. Analisando a situação atual, o secretário afirma que o tópico que

mais será abordado nos próximos dez anos será sobre como administrar bem a

água e que secas como as ocorridas no Sudeste, poderão se tornar mais

frequentes (Folha de São Paulo, 2015). Seguindo a linha de pensamento do

secretário, não apenas uma mudança cultural e comportamental será suficiente

para reverter a situação. O desenvolvimento de novas técnicas para aumentar a

disponibilidade de água através de seu reuso, aprece como uma das grandes

promessas para aumentar a disponibilidade de recursos hídricos. Não será

apenas preciso mudar, será necessário reaprender a usar e reutilizar a água.

A Organização Mundial da Saúde (OMS), conseguiu estipular uma média

coerente de consumo de água por pessoa em 24 horas. Uma pessoa deveria

gastar em média 50 litros de água por dia (Figura 1). Essa seria a quantidade

recomendada para se viver com maneiras dignas visando evitar desperdícios,

entretanto o que acontece na prática é muito diferente (NUNES, 2011).

Observando o micro e o macro ambiente, pode-se ver como o homem está

interligado, de maneira íntima e sem possibilidade de desprendimento, com o uso

13

da água. Olhando de uma forma geral pode-se reparar que os seres humanos são

reféns diariamente do consumo de água para executar inúmeras funções da sua

rotina. A Figura 2 apresenta a relação do consumo de água com as atividades

diárias.

Todos os dias milhares de brasileiros lavam suas roupas, utilizando suas

máquinas de lavar. A quantidade de água suja despejada pelos ralos é um dado

palpável. Fazer uma análise dos resíduos presentes na água suja, descartada

pela máquina, após sua lavagem, é importante para poder ampliar o

conhecimento de causa.

O estudo das possibilidades de tratamentos coerentes com a realidade

apresentada pela água suja descartada pelas máquinas de lavar, confirma que

existe campo a ser estudado e principalmente aprofundado.

Figura 1 - Quantidade de água gasta diariamente.

Fonte: Planeta Sustentável, 2011

Ter a oportunidade de reaproveitar a água proveniente de processos que

consomem grande fatia desse bem mundial é fundamental. Ser capaz de reutilizar

14

a água, para o mesmo fim ou até mesmo para fins adversos, se torna uma

medida otimista no caminho para fortalecer o uso mais consciente desse recurso.

Muitos são os processos disponíveis para o tratamento de águas residuais,

entretanto encontrar um processo que não se limite apenas em satisfazer a

qualidade da água tratada, como também, possa ser apresentado como uma

opção economicamente viável é o atual desafio. O trabalho apresenta uma

proposta que não seja apenas uma ideia utópica e sim, algo que possa realmente

ser utilizado nos mais diversos segmentos. Desde indústrias até finalidades

domésticas, harmonizando os dois conceitos: economia consciente de água sem

acarretar prejuízos financeiros, gerando assim um cenário incentivador para a

prática sustentável.

Figura 2 –

Fonte: PHILIPPI, 2009

15

1.2. OBJETIVO GERAL

Este trabalho tem como objetivo avaliar, através de uma revisão estudos de casos

e de técnicas disponíveis na literatura sobre a viabilidade do tratamento de água

residual de lavanderia, possibilitando o seu reuso no processo de lavagem.

1.3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Avaliar as características de uma água residual de lavanderia;

Abordar os tipos de tratamento de água residual;

Avaliar as características da água tratada, viabilizando seu reuso no processo

de lavagem;

Avaliar a possibilidade de ajustar os procedimentos de tratamento já existentes

para um modelo mais sustentável (por exemplo, a utilização de substâncias de

origem natural);

16

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. SUSTENTABILIDADE

Sustentabilidade tem sua definição clássica proveniente de meados dos anos 80,

que diz: “desenvolvimento sustentável é aquele que atende as necessidades das

gerações atuais sem comprometer a capacidade das gerações futuras de

atenderem a suas necessidades e aspirações” (BRUNDTLAND, 1987). Porém,

com o passar dos anos essa definição haveria de ser ao menos reinterpretada.

Pois, segundo Leonardo Boff, esse conceito é incompleto por somente considerar

o ser humano e, assim, ele mesmo redefiniu o conceito em suas palavras.

“Sustentabilidade é toda ação destinada a manter as condições energéticas,

informacionais, físico-químicas que sustentam todos os seres, especialmente a

terra viva, a comunidade de vida e a vida humana, visando a sua continuidade e

ainda a atender as necessidades da geração presente e das futuras, de tal forma

que o capital natural seja mantido e enriquecido em sua capacidade de

regeneração, reprodução e coevolução” (BOFF, 2012).

Ainda baseado em uma análise do próprio Leornardo Boff, a sustentabilidade não

está apenas atrelada a manutenção dos recursos existentes, mas também da

capacidade de se conseguir reproduzir e enriquecer o capital natural.

2.2. REUSO DE ÁGUA

A reciclagem ou reuso de água não é um conceito novo na história do nosso

planeta. A natureza, por meio do ciclo hidrológico, vem reciclando e reutilizando a

água há milhões de anos, e com muita eficiência (MANCUSO, 2003).´

17

Segundo a Sabesp, a água de reuso é obtida através do tratamento avançado

dos esgotos gerados pelos imóveis conectados à rede coletora de esgotos. Pode

ser utilizada em processos que não requerem água que seja potável, mas

sanitariamente segura, gerando a redução de custos e garantindo o uso racional

da água.

Segundo Lavrador Filho (1987), reuso de água é o aproveitamento de águas

previamente utilizadas, uma ou mais vezes, em alguma atividade humana, para

suprir as necessidades de outros usos benéficos, inclusive o original (FRANCO,

2007).

A literatura pode ser bastante rica em terminologias do reuso de água, por outro

lado existe discrepância entre vários autores, dificultando o entendimento da

prática.

De maneira geral, o reuso da água pode ocorrer de forma direta ou indireta, por

meio de ações planejadas ou não.

De acordo com a Organização Mundial da Saúde (1973), tem-se:

Reuso indireto: ocorre quando a água já usada, uma ou mais vezes para

uso doméstico ou industrial, é descarregada nas águas superficiais ou

subterrâneas e utilizada novamente a jusante, de forma diluída;

Reuso direto: é o uso planejado e deliberado de esgotos tratados para

certas finalidades como irrigação, uso industrial, recarga de aquífero e água

potável;

Reciclagem interna: é o reuso da água internamente à instalações

industriais, tendo como objetivo a economia de água e o controle da poluição

(MANCUSO, 2003).

Westerhoff (1984) classifica reuso de água em duas grandes categorias: potável e

não potável. Por sua praticidade e facilidade, essa classificação, foi adotada pela

Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental (ABES), seção São

Paulo.

O reuso potável pode ser direto ou indireto.

18

Reuso potável direto: quando o esgoto recuperado, por meio de tratamento

avançado, é diretamente reutilizado no sistema de água potável.

Reuso potável indireto: caso em que o esgoto, após tratamento, é disposto na

coleção de águas superficiais ou subterrâneas para diluição, purificação natural e

subsequente captação, tratamento e finalmente utilizado como água potável.

O reuso não potável pode ter várias aplicações, dentre as mais importantes cita-

se: fins agrícolas, fins industriais, fins domésticos, manutenção de vazões,

aquicultura, recarga de aquíferos subterrâneos, etc. (MANCUSO, 2003).

A presença de organismos patogênicos, metais pesados e compostos orgânicos

sintéticos na grande maioria dos efluentes disponíveis para reuso, principalmente

naqueles oriundos de estações de tratamento de esgotos de grandes

conurbações com polos industriais expressivos, classifica o reuso potável como

uma alternativa associada a riscos muitos elevados, tornando-o, praticamente,

inaceitável. Além disso, os custos dos sistemas de tratamento avançados que

seriam necessários levariam, na maioria dos casos, à inviabilidade econômico-

financeira do abastecimento público, não ocorrendo, ainda, ante as considerações

anteriormente efetuadas, garantia de proteção adequada da saúde pública dos

consumidores (MANCUSO, 2003).

2.2.1. BENEFÍCIOS DO REUSO DA ÁGUA

De acordo com Sibylle Korff Muller, engenheira da AcquaBrasilis Meio Ambiente,

empresa especializada no tratamento de esgoto doméstico, o principal benefício

do reuso de água é preservar os recursos hídricos do Planeta e permitir que a

chamada água potável seja direcionada apenas para as finalidades mais nobres,

como as de consumo humano e animal e as de contato direto com as pessoas

(LEGNER, 2013)

19

“Tendo em vista os altos preços da água potável e, substituindo-

se por água de reuso, os volumes de água geralmente usados em

todos os fins em que a potabilidade não é necessária reduz-se o

volume de consumo de água comprado das concessionárias de

águas e esgotos e, garante-se ao empreendedor/usuário, uma

enorme economia financeira pela redução de sua conta de água”,

ressalta.

Luiz Abrahão, engenheiro de tecnologias e processos da Veolia Water Brasil,

explica o benefício do ponto de vista industrial (LEGNER, 2013).

“Nas indústrias, por exemplo, ao mesmo tempo em que agrega

uma dimensão econômica ao planejamento econômico dentro da

sua política de gestão dos recursos hídricos, acrescenta também

a boa prática ambientalmente correta, valorizando os seus

produtos e marca junto aos seus consumidores”.

De uma maneira mais específica, os benefícios podem ser listados da seguinte

maneira (FIESP; CIESP, 2004):

Benefícios ambientais:

• Redução do lançamento de efluentes industriais em cursos d´água,

possibilitando melhorar a qualidade das águas interiores das regiões mais

industrializadas.

• Redução da captação de águas superficiais e subterrâneas, possibilitando uma

situação ecológica mais equilibrada.

• Aumento da disponibilidade de água para usos mais exigentes, como

abastecimento público, hospitalar, etc.

Benefícios econômicos:

• Conformidade ambiental em relação a padrões e normas ambientais

estabelecidos, possibilitando melhor inserção dos produtos brasileiros nos

mercados internacionais;

20

• Mudanças nos padrões de produção e consumo;

• Redução dos custos de produção;

• Aumento da competitividade do setor;

• Habilitação para receber incentivos e coeficientes redutores dos fatores da

cobrança pelo uso da água.

Benefícios sociais:

• Ampliação da oportunidade de negócios para as empresas fornecedoras de

serviços e equipamentos, e em toda a cadeia produtiva;

• Ampliação na geração de empregos diretos e indiretos;

• Melhoria da imagem do setor produtivo junto à sociedade, com reconhecimento

de empresas socialmente responsáveis.

2.3. COMPOSIÇÃO DA ÁGUA RESIDUAL DE LAVANDERIA

A composição da água residual proveniente de processo de lavanderia é

complexa e variável, o que torna seu estudo um grande desafio. Devido a este

fator é complicado desenvolver, com exatidão, um processo universal para o

tratamento de água residual de lavanderia.

O processo deve ser estudado e aplicado a condições com o menor número de

variáveis possíveis, em uma tentativa de padronizar as características no efluente

a ser tratado (CHRISTOVA-BOALA, EDEN E MCFARLANE, 1996).

Na tentativa de caracterizar esse resíduo, foi realizado um estudo por Braga e

Varesche (2014) com águas residuais de lavanderia, na cidade de São Carlos,

através da análise de amostras de 30 dias de uma lavanderia comercial. A

conclusão desse trabalho foi de que mesmo coletando amostras de uma mesma

21

fonte, a variação de parâmetros entre amostras, assim como, suas características

é grande. Esses dados deixam evidente a necessidade da realização de mais

estudos a respeito da caracterização desse tipo efluente.

A emissão de efluentes contaminados com surfactantes causa severas alterações

no ecossistema, pois muitas das atividades de seres vivos aquáticos dependem

da tensão superficial da água. Surfactantes aniônicos podem se prender a

peptídeos, enzimas e DNA. Ao se ligar a proteínas e peptídeos pode mudar a

carga superficial da molécula, consequentemente, mudando sua função biológica.

De uma maneira geral, a água residual proveniente de lavanderia é composta por

variáveis níveis de sólidos suspensos, sais, nutrientes, matéria orgânica e

patogênicos que são provenientes das roupas e dos detergentes e amaciantes

utilizados no processo de lavanderia. Detergentes são os químicos orgânicos

mais abundantes nos efluentes municipais (BRAGA e VARESCHE, 2014).

2.4. TIPOS DE TRATAMENTO DE ÁGUA

Diversos são os métodos disponíveis para o tratamento de águas residuais.

Inúmeras variações são geradas por conta de diferentes reagentes químicos

utilizados, ou mesmo diferentes materiais empregados nos tratamentos.

Entretanto, um processo de tratamento consiste em nada mais do que um

conjuntos de etapas de tratamento. Cada etapa tem a finalidade de retirar um

determinado tipo de resíduo e a quantidade de etapas presentes no processo vai

depender da qualidade da água exigida ao final do processo (FRANCO, 2007).

A seguir serão listadas algumas etapas de tratamento de água residuais:

2.4.1. COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO

22

Coagulação/Floculação: etapa utilizada para aglutinação das partículas

dissolvidas no meio, para sua posterior deposição por decantação. Existem

inúmeras substâncias utilizadas para realizar esse processo, sua escolha irá

depender da composição da água a ser tratada. Normalmente utilizada como um

pré-tratamento (TRIPATHY e DE, 2006).

O processo de coagulação/floculação está relacionado a velocidade de mistura.

Existem dois tipos de velocidade de mistura com finalidades diferentes. De acordo

com a Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental – CETESB (E7 410,

1977), a mistura rápida é a operação destinada a dispensar os produtos químicos

na água a ser tratada, enquanto que a floculação é requerida para promover a

agregação de partículas desestabilizadas na mistura rápida. Segundo a norma

técnica E7 410 (1977), as condições ideais (em termos de gradiente de

velocidade médio e tempo de agitação na coagulação e floculação e a

concentração da solução do coagulante a ser utilizado) devem ser determinadas,

preferencialmente, em ensaios de laboratório (DI BERNARDO e PAZ, 2009).

A coagulação é um processo que consiste na desestabilização das partículas

coloidais ou neutralização das moléculas de substâncias húmicas, através de dois

fenômenos: o primeiro, essencialmente químico, em que acontecem as reações

do coagulante com a água e a formação de espécies hidrolisadas com carga

positiva ou os precipitados do metal do coagulante usado; o segundo,

fundamentalmente físico, consiste no transporte das espécies hidrolisadas ou dos

precipitados para que haja contato com as impurezas presentes na água, de

maneira que formem aglomerados maiores, os quais podem ser removidos nas

unidades seguintes. O processo de coagulação é realizado em unidades de

mistura rápida, as quais podem ser hidráulicas (vertedores Parshall ou retangular,

injetores, difusores, etc.), mecânicas (câmara com agitador) e especiais

(misturadores estáticos) (DI BERNARDO E PAZ, 2009).

A floculação é a operação que sucede à mistura rápida e consiste no

agrupamento das partículas desestabilizadas, de modo que formem aglomerados

maiores denominados flocos, susceptíveis de remoção nas unidades seguintes

(DI BERNARDO e PAZ, 2009).

23

2.4.2. DECANTAÇÃO

É o fenômeno físico em que, devido à ação da gravidade, as partículas suspensas

apresentam movimento descendente em meio líquido de menor massa específica.

A ocorrência da sedimentação das partículas suspensas propicia clarificação do

meio líquido, ou seja, separação das fases líquida e sólida (DI BERNARDO e

PAZ, 2009).

2.4.3. FLOTAÇÃO

A flotação clarifica a água pela ascensão das partículas suspensas aderidas às

micro-bolhas de ar. Os métodos de produção de micro-bolhas utilizados são:

flotação eletrostática, flotação por ar disperso e flotação por ar dissolvido (AWWA,

2002).

2.4.3.1. Flotação eletrostática

A base da técnica é a produção de micro-bolhas de hidrogênio e oxigênio em uma

solução aquosa diluída devido à passagem de corrente elétrica entre dois

elétrodos (DI BERNARDO e PAZ, 2009).

2.4.3.2. Flotação por ar disperso

A técnica utiliza produtos químicos para geração e sustentação das micro-bolhas

(DI BERNADO e PAZ, 2009).

24

2.4.3.3. Flotação por ar dissolvido

As micro-bolhas são produzidas pela redução de pressão de água saturada com o

ar. Esse método de flotação é comumente empregado no tratamento de água

para abastecimento (DI BERNARDO e PAZ, 2009).

2.4.4. FILTRAÇÃO

Etapa para separação de resíduos sólidos suspensos, pela passagem do líquido

através de areia ou outro material com poros de tamanho médio. Também

utilizada como um pré-tratamento ou como um pós-tratamento à etapa de

coagulação/floculação, para retirada do corpo de fundo formado.

2.4.5. CARVÃO ATIVO

O carvão ativado é um tipo de material carbonáceo, caracterizado por possuir

área superficial interna elevada e porosidade altamente desenvolvida

(COUTINHO et.al., 2000), de forma a possibilitar a adsorção de moléculas tanto

em fase líquida como gasosa.

A capacidade adsortiva do carvão ativado em relação a um contaminante

específico depende de fatores intrínsecos do adsorvente, resultantes

basicamente, da forma de ativação e do material de produção, tais como: volume

e distribuição de poros, forma dos poros, existência de grupos funcionais de

superfície, pH, teor de cinzas entre outros (KURODA et. al., 2005).

Etapa responsável pela remoção através da adsorção de substâncias orgânicas

dissolvidas na água, eliminado cor, odor e mau gosto. Além disso, o carvão

25

ativado remove compostos orgânicos, fenólicos e substâncias que diminuem a

qualidade da água, como pesticidas, micropoluentes, podendo atuar como

barreira a bactérias e vírus. É utilizado como um pré-tratamento a etapa de

tratamento por membranas ou até mesmo como um pós-tratamento

(MUCCIACITO, 2009).

2.4.6. PROCESSO DE SEPARAÇÃO POR MEMBRANAS

Separação de partículas e micro-organismos, dos mais variados tamanhos, de

acordo com o tipo de membrana utilizada (microfiltração 10-1µm, ultrafiltração 10-

2-10-1µm, nanofiltração 10-3-10-2µm) (MULDER, 1997).

2.4.6.1. Osmose reversa

Processo de separação por membranas com capacidade para retenção de íons

(10-4-10-3 µm) baseado na pressão osmótica reversa diferencial. Utilizada para

altos graus de pureza, porém necessita de inúmeros pré-tratamentos com o

objetivo de não prejudicar a vida útil da membrana (MULDER, 1997).

2.4.6.2. Microfiltração

Microfiltração é o processo de separação por membranas que mais se assemelha

a filtração grosseira. O tamanho de poro das membranas de microfiltração são da

ordem de 10 µm a 0,05 µm, tornando o processo adequado para retenção de

suspensões e emulsões. A pressão necessária para realizar o processo é baixa

com valor < 2 bar (MULDER, 1997)

26

2.4.6.3. Ultrafiltração

O processo de ultrafiltração se encontra entre a microfiltração e a nanofiltração. O

tamanho de poro das membranas usadas para esse processo variam entre 0,05

µm a 1 µm. Ultrafiltração é tipicamente utilizada para retenção de macromoléculas

e coloides de uma solução. Membranas de ultrafiltração e microfiltração podem

ser ambas consideradas como membranas porosas, onde a rejeição é

principalmente pelo tamanho e forma de solutos relativos ao tamanho de poro na

membrana onde o transporte do solvente é diretamente proporcional à pressão

aplicada (MULDER, 1997).

2.4.7. TRATAMENTO BIOLÓGICO

Utilização de micro-organismos para a remoção de resíduos dissolvidos na água

a ser tratada (LIRA, 2006). A tabela 1 apresenta alguns tipo de tratamentos

biológicos utilizados para o tratamento de água.

2.4.8. TRATAMENTOS OXIDATIVOS:

2.3.8.1. Processo de Fenton

Tratamento eficiente em oxidar de compostos orgânicos complexos a moléculas

simples, mais facilmente biodegradáveis, formando dióxido de carbono e água. O

processo dá-se a partir de uma solução de peróxido de hidrogênio na presença de

um catalisador de ferro resultando na geração de radical hidroxila (-OH), espécie

27

altamente oxidante então seletiva, capaz de oxidar uma grande variedade de

contaminantes orgânicos (HAYEC e DORE, 1985).

Tabela 1 - Processos biológicos de tratamento de água.

Processo Descrição Aplicação

Tratamento biológico

aeróbio

Oxidação de substâncias

orgânicas por micro-

organismos em um dique

de aeração ou em um

processo de biofilme.

Remoção de matéria

orgânica dissolvida e

suspensa da água.

Tanque de oxidação Tanques com 1,0 m de

profundidade para

mistura e penetração da

luz solar.

Redução dos sólidos

suspensos, DBO,

bactérias patogênicas e

amônia da água.

Remoção de nutrientes Combinação de

processos aeróbios,

anóxidos e anaeróbios

para otimizar a

conversão de orgânicos,

e remoção de fósforo e

nitrogênio.

Redução do conteúdo de

nutrientes da água

exigida.

Tanque de

estabilização da água

servida

O sistema consiste de

tanques anaeróbio,

facultativo e de

maturação ligados em

série para aumentar o

tempo de retenção.

Redução dos sólidos

suspensos, DBO,

bactérias patogênicas e

amônia da água servida.

Instalações para reuso

da água na irrigação e

aquicultura.

Fonte: Adaptado de LIRA, 2006.

A Tabela 2 apresenta de maneira resumida os principais tipos de processos de

tratamento normalmente utilizados para o tratamento de esgotos.

28

Tabela 2 - Descrição dos tipos de tratamento para esgoto.

Processo Descrição Aplicação

Separação líquido/sólido

Sedimentação Sedimentação por gravidade de

substância particulada, flocos

químicos e precipitação.

Remove partículas suspensas

que são maiores que 30 μm.

Tipicamente usado como

tratamento primário e após o

processo biológico.

Filtração Remove partículas por meio da

passagem de água por areia ou

outro meio poroso.

Remoção de partículas

suspensas maiores que 3 μm.

Tipicamente usado depois da

sedimentação.

Tratamento Biológico

Tratamento Aeróbio e

Anaeróbio Biológico

Metabolismo biológico de esgoto

através de micro-organismos em um

tanque aerado/anaeróbio ou

processo de biofilme.

Remoção de matéria orgânica,

suspensa e dissolvida, no

esgoto.

Tratamento Químico

Desinfecção Morte ou inativação de organismos

patogênicos usando produtos

químicos oxidantes, calor, processo

de separação física (membranas) ou

luz U.V.

Proteção da saúde pública.

Tratamento Avançado

Carvão Ativado Processo no qual os contaminantes

são fisicamente adsorvidos na

superfície do carvão.

Remoção de compostos

orgânicos hidrofóbicos

Aeração Forçada A água residual é forçada a passar

através de aeradores, onde o ar

comprimido é injetado para oxidar a

amônia e voláteis orgânicos.

Remoção da amônia

nitrogenada e voláteis

orgânicos.

Troca Iônica Troca de íons entre resinas de

troca e a água.

Remoção de contaminantes

iônicos selecionados. Eficaz

na remoção de cátions como

cálcio, magnésio e ferro e

ânions como nitrato.

(continua)

29

Tabela 2 - Descrição dos tipos de tratamento para esgoto. (conclusão)

Processo Descrição Aplicação

Coagulação e

Floculação Química

Uso de sais de ferro e alumínio,

polieletrólitos e/ou ozônio para

promover desestabilização das

partículas coloides do esgoto

recuperado e precipitado de ferro.

Formação de compostos de

fósforo precipitados e

floculação de partículas para

remoção através de

sedimentação ou filtração.

Tratamento com Cal Uso de óxido de hidróxido de cálcio

para precipitar em pH alto, diversos

cátions e metais da água residual.

Usado para reduzir a

disposição mineral, precipitando

fósforo.

Filtração a Membrana Microfiltração, Ultrafiltração e

Nanofiltração

Remoção de coloides, cistos,

moléculas e micro-organismos

da água.

Osmose Reversa Sistema de membrana para separar

íons de solução baseados no

diferencial da pressão osmótica

reversa

Remoção de sais dissolvidos e

íons minerais de solução, é

também eficiente na remoção

de partículas.

Fonte: FRANCO, 2007

2.4.9. TRATAMENTOS DIVERSOS

Existem outros tratamentos menos convencionais que aparecem como

alternativas para o tratamento de água.

Por exemplo, tratamento fotocatalítico por dióxido de titânio: é um processo

oxidativo avançado que se utiliza de óxido de titânio nanocristalino sob radiação

por luz, sendo assim possível a mineralização de compostos orgânicos em

produtos não nocivos como dióxido de carbono, água e íons inorgânicos (LAZAR,

VARGHESE e NAIR, 2012).

Além de outros tipos de tratamentos, uma área de grande estudo vem sendo a

procura por coagulantes naturais, a fim de minimizar a contaminação por resíduos

de coagulante ou de subprodutos formados no processo de coagulação. Sais de

30

alumínio e de ferro são os coagulantes mais utilizados no tratamento de água

para consumo humano, porém seus efeitos no meio ambiente e custo têm

motivado o uso de coagulantes orgânicos derivados de plantas

(GHEBREMICHAEL et al., 2005).

A fim de exemplificar, citaremos dois estudos na área de coagulantes naturais.

O primeiro trata-se do uso do extrato de semente de Moringa oleifera visando a

substituição do coagulante sulfato de alumínio em uma estação de tratamento de

água para abastecimento. Neste estudo foi comprovada a eficiência do

coagulante proveniente do extrato ativo da semente de Moringa oleifera na

redução da turbidez da água tratada para uso humano quando em concentração

igual a 140 mg/L, apresentando remoção superior a 98% (ALUVINO, 2015).

O segundo caso traz a realização de um processo em escala de laboratório de

tratamento da água de enxágue de lavanderia, tema dentro do referido estudo. O

processo é composto pelas etapas de coagulação/floculação, filtração com areia e

adsorção por carbono ativo granular. Na etapa de coagulação/floculação foi

utilizado 3 tipos de coagulantes naturais: Nirmai seed1, pectina proveniente da

casca de laranja e uma mistura das duas. Tempos de retenção de 24 h e 36 h

foram utilizados nos experimentos. Os melhores resultados foram observados no

uso de pectina extraída da casca de laranja como coagulante, com tempo de

retenção de 24 h. Os resultados podem ser examinados na tabela 3 que

comprova a eficiência do sistema de tratamento proposto para o tratamento da

água de enxágue de lavanderia em questão (MOHAN, 2014).

1Strychnos potatorum conhecida como semente Nirmai é uma árvore de tamanho moderado

encontrada nas regiões sul e central da Índia, Sri Lanka e Birmânia.

31

Tabela 3 - Valor dos parâmetros no processo de tratamento onde pectina extraída da casca de laranja sozinha (6mL/L) é usada como coagulante pelo período de retenção de 24 h.

Parâmetros Unidade Água

residual

Efluente da

clarifloculação

Efluente

do filtro de

areia

Efluente da

adsorção com

carvão ativo

Turbidez NTU 83 70 48 16

pH

8,2 5,4 5,7 6

Condutividade

Elétrica µS/cm 1491 1500 1482 1424

TSS mg/L 121 76 43 22

DQO mg/L 588 462 324 226

Surfactante

Aniônico Ativo mg/L 0,84 0,68 0,26 0,08

Fonte: Adaptado de MOHAN, 2004.

3. ESTUDO DE CASO: TRATAMENTO DE ÁGUA RESIDUAL DE

LAVANDERIA

3.1. UNIVERSIDADE DE MARBOR

Foi realizado um estudo, na University of Maribor, Eslovênia, sobre tratamento de

água residual de lavanderia, onde foi comparada a remoção dos parâmetros

estudados (tabelas 4 e 5) para os processos de coagulação/floculação e carvão

ativo, membranas de ultrafiltração e membranas de osmose reversa.

No primeiro processo, a água residual foi floculada com sulfato de alumínio e

então filtrada em uma coluna de areia. Em seguida, o filtrado é adsorvido em uma

coluna de carvão ativo.

32

Tabela 4 - Determinação dos parâmetros na água residual antes e depois do tratamento pelo processo de coagulação.

Parâmetro Água residual Valores

após

coagulação

Valores após

coagulação e

carvão ativo

Concentração

limite de

emissão na

água

Temperatura 62 22 22 30

pH 9,6 7,9 6,8 6,5-9,0

Substâncias suspensas

(mg/L)

35 <5 <5 80

Substâncias

sedimentadas (mL/L)

2 <0,5 <0,5 0,5

Cl2 (mg/L) <0,1 <0,1 <0,1 0,2

Nitrogênio total (mg/L) 2,75 2,60 2,60 10

Nitrogênio amônia (mg/L) 2,45 2,40 2,30 5

Fósforo total (mg/L) 9,9 1,0 1,0 1,0

DQO (mg O2/L) 280 180 20 200

DBO5 (mg O2/L) 195 100 10 30

Óleo mineral (mg/L) 4,8 2,5 <1 10

AOX (mg/L) 0,12 0,12 <0,1 0,5

Surfactante Aniônico

(mg/L)

10,1 10,0 <0,5 1,0

Fonte: Adaptado de SOSTAR-TURK et al., 2005

No segundo processo foi utilizada, primeiramente, uma membrana cerâmica de

ultrafiltração e depois, o permeado foi bombeado para o sistema de osmose

reversa, onde foi recolhido. O material retido foi recirculado para o tanque de

alimentação do sistema de ultrafiltração.

Ao se comparar os dois tipos de processos aplicados é possível verificar que

ambos atendem as especificações de emissões da regulação eslovena,

viabilizando a recuperação e o reuso da água residual de lavanderia. Essa

recuperação é fundamental para a economia de água, assim como, para melhoria

de ambientes urbanos.

33

Tabela 5 - Determinação dos parâmetros na água residual antes e depois do tratamento com membranas.

Parâmetro Água

residual

Permeado

UF

Permeado

OR

Concentração

limite de emissão

na água

Temperatura 62 53,8 27,8 30

pH 9,6 8,3 7,62 6,5-9,0

Substâncias suspensas (mg/L) 35 18 8 80

Substâncias sedimentadas

(mL/L)

2 <0,5 <0,5 0,5

Cl2 (mg/L) <0,1 <0,1 <0,1 0,2

Nitrogênio total (mg/L) 2,75 0,03 0,03 10

Nitrogênio amônia (mg/L) 2,45 0,03 0,03 5

Fósforo total (mg/L) 9,9 0,46 0,14 1,0

DQO (mg O2/L) 280 130 3 200

DBO5 (mg O2/L) 195 86 1,5 30

Óleo mineral (mg/L) 4,8 4,4 1,2 10

AOX (mg/L) 0,12 0,11 0,08 0,5

Surfactante Aniônico (mg/L) 10,1 7,20 0,91 1,0

Fonte: Adaptado de SOSTAR-TURK et al., 2005

Bons resultados foram obtidos pelo método convencional do uso de carvão ativo.

Esse método se mostra muito eficiente para a remoção de poluentes orgânicos,

porém sem a possibilidade de qualquer tipo de seleção, o que no caso de

reciclagem e reuso da água é essencial. Através do uso de membranas é possível

minimizar o uso de químicos no tratamento, já que no tratamento usando

membrana nenhum tipo de reagente químico foi empregado. No entanto, o uso de

membranas é muito mais caro que o processo com o uso de carvão ativo (TURK,

PETRINIC, SIMONIC, 2005).

34

3.2. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO

GRANDE DO SUL

Foi realizado um estudo para o tratamento de água residual de lavanderia em

escala piloto, e testada posteriormente em uma lavanderia industrial. Foram

realizados três experimentos com tratamentos distintos. O primeiro constituido

pelos processos de coagulação/floculação, um segundo a base de

adsorção/coagulação/floculação e um ultimo utilizando-se da reação de Fenton

que apenas foi utilizado na escala experimental.

O tratamento realizado por coagulação/floculação usando sulfato de alumínio

como polímero floculante permitiu remover os sólidos suspensos, uma fração

considerável da carga orgânica e de surfactantes. Apesar da redução da

concentração de surfactantes, a tensão superficial do sistema (40,0 mN/m) ainda

se encontrava muito distante da tensão superficial da água (72,0 mN/m). Nestas

condições, em termos de legislação da época (2005), o efluente não atende

somente ao padrão refrente ao de lançamento de surfactante, que é de 2 mg/L.

Já no tratamento realizando por heteroagregação entre carvão ativado, sulfato de

alumínio e polímero floculante catiônico foi possível remover os sólidos suspensos

e níveis mais significativos de carga orgânica e de surfactantes, de 38,5 mg/L

para 0,1 mg/L. Nestas condições foi possível atender a todos os padrões da

legislação da época (2005). Os resultados podem ser observados na tabela 6.

Um aspecto relevante desse processo é a rapidez com que os flocos se

sedimentam no regime de sedimentação floculenta, o que torna o processo

bastante rápido para ser realizado em batelada em planta industrial.

O tratamento com a reação de Fenton proporcionou um aspecto muito bom do

efluente tratado. A remoção de sólidos suspensos, turbidez e cor foi bastante

eficiente, incluindo ainda nitrogênio (mais de 99% de remoção de todos os

parâmetros) e fósforo (78,5%). Foi possível observar a degradação dos

componentes tensoativos nas dosagens mais elevadas empregadas na reação. A

grande vantagem do processo Fenton deve-se ao fato de unir em um único

35

processo só, etapas de oxidação química e coagulação. A necessidade de ajuste

de pH para esse tipo de reação elevou muito o tempo de processo. Por esse

motivo, além de não possuir informações suficientes a respeito da resistência dos

materiais empregados no tanque em relação a um potencial de oxidação tão alto,

esse tipo de tratamento não foi utilizado na planta industrial.

Tabela 6 - Parâmetro de qualidade do efluente bruto e após o tratamento por coagulação/floculação* e adsorção/coagulação/floculação**.

Parâmetros Unidade Efluente

bruto

Coag-

Floc

Ads-Coag-

Floc Legislação

pH - 7,4 6,5 7,3 6,0 - 8,5

Sólidos

Sedimentados mg/L 4 0,0 0,0 <1

Sólidos Suspensos mg/L 63,6 8 1,2 <200

Turbidez NTU 138 0,5 4,5 -

Cor Hazen 300 52 1 -

DQO mg/L 718,9 117,6 22,9 <450

Surfactantes mg/L 38,5 7,8 0,1 <2

Tensão Superficial mN/m 33 40 70 -

Cloretos mg/L - 157,5 79,9 -

Sulfatos mg/L - 479 475 -

Nitrogênio mg/L 6,3 5,6 4,5 10

Fósforo mg/L 9,8 0,4 0,0 1

*(800 mg/L de sulfato de alumínio e 2 mg/L de polímero catiônico); **(2 g/L de carvão ativado em

pó, 800 mg/L de sulfato de alumínio e 2 mg/L de polímero catiônico).

Fonte: Adaptado de MENEZES, 2005.

Os testes em escala industrial foram realizados na Lavanderia Expressa,

apresentando resultados já esperados quanto a parâmetros físico-químicos

analisados. Os resultados obtidos na escala industrial são apresentados na tabela

7.

Através dos resultados obtidos, assim como nos testes de laboratório, o único

processo que atende a todos os parâmetros de qualidade exigidos pela Fundação

36

Estadual de Proteção Ambiental - RS (FEPAM), é o tratamento realizado com

adsorção por carvão ativado, coagulação e floculação.

Tabela 7 - Resultados dos parâmetros físico-químicos dos efluentes bruto, tratado por coagulação/floculação e adsorção/coagulação/floculação.

Parâmetros Unidade Efluente

bruto

Coag-

Floc

Ads-Coag-

Floc Legislação

pH - 7,4 6,5* 6,5* 6,0 - 8,5

Sólidos

Sedimentáveis mg/L 3,3 0,0 0,0 <1

Sólidos Suspensos mg/L 63 11,4 5,6 <200

DQO mg/L 543,8 189,5 31,4 <450

Surfactantes mg/L 45,5 17,4 0,28 <2

*o pH foi ajustado para 6,5 em todas as bateladas

Fonte: Próprio autor (MENEZES, 2005).

Após a realização do tratamento da água residual foi realizado um teste para

verificar a viabilidade da utilização da água tratada em um novo processo de

lavagem. Os resultados apresentam muita pouca diferença entre as lavagens. O

único inconveniente apresentado foi nas roupas lavadas com água do tratamento

por coagulação/floculação, que apresentaram cheiro desagradável. Os outros

resultados apontam para uma diferença pequena de cor em relação a camiseta

padrão (MENEZES, 2005).

3.3. PROJETO DE TRATAMENTO DE ÁGUA RESIDUAL DE LAVANDERIA

EM UMA LAVANDERIA INDUSTRIAL ALEMÃ

Apesar dos progressos em economia de água na indústria, lavanderias

comerciais ainda são grandes emissoras de água residual. Sendo assim, esse

tipo de planta ainda é considerado como um processo de grande consumo de

37

água. Razões econômicas, assim como, legislações ambientes rigorosas,

apareceram como incentivo para a lavanderia “Textil-Service Klingelmeyer”,

localizada na cidade de Darmstadt na Alemanha, para a implementação do

projeto LAUNDRY INNOVATIVE WASTE WATER RECYCLING TECHNOLOGY

(LIWATEC) em parceria com a Universidade de Ciências Aplicadas em Karlsruhe,

também na Alemanha. O objetivo era o desenvolvimento de um sistema robusto e

de fácil aplicação para a reciclagem da água residual proveniente do processo de

lavanderia.

3.3.1. Descrição do processo

Nesse projeto, a água foi tratada em um processo de duas etapas e reciclado de

volta para o processo de lavagem. Após um processo de separação grosseiro

para retirada de partículas sólidas, utilizando-se de uma peneira vibratória, a água

residual foi coletada em um tanque de armazenamento (AW). Subsequentemente,

a água foi tratada em um biorreator a membrana como unidade principal de

tratamento. A maioria das substâncias orgânicas foi degrada biologicamente, e

depois a água limpa foi sugada por membranas de microfiltração submersas

(MBR). O permeado microfiltrado foi então armazenado em um tanque coletor

(WW). Esse produto foi livre de turbidez e consideravelmente reduzida de

patogênicos e pode ser usada no processo de lavagem. Outra parte do permeado

da microfiltração foi encaminhado para um processo de osmose reversa (OR)

para retenção principalmente de sais. O permeado da osmose reversa foi

armazenado no tanque de coleta (SW) e foi utilizado como água de alta

qualidade, preferencialmente para o enxágue. Antes de armazenado, o permeado

da OR foi tratado com uma pequena quantidade de dióxido de cloro para prevenir

o crescimento de organismos patogênicos. Fig. 3.

38

Figura 3 - Fluxograma do processo de reciclagem.

Fonte: Adaptado de HOINKIS e PATERN, 2007.

3.3.2. Composição da planta.

Tanto a planta piloto como a planta de larga escala são basicamente compostas

por:

- Peneira vibratória com malha de tamanho de 200 µm,

- Reator MBR,

- Unidade de filtração de osmose reversa e

- 3 tanques de armazenamento (água residual, permeado do MBR, permeado da

OR).

3.3.3. Resultados da planta piloto

Os experimentos em planta piloto tiverem como objetivo o ganho de experiência a

respeito do design do projeto e obter dados para o “scaling up”.

39

Apesar de grande oscilação na composição da água tratada, a eliminação da

DQO no MBR foi de 95%. Apenas a concentração de ferro, em alguns casos,

apresentou valor acima do limite, por conta de algumas partes com corrosão de

ferro utilizadas na construção da planta piloto. Na planta de larga escala foi

utilizado somente aço inox ou plástico. A tabela 8 apresenta os resultados do

tratamento no MBR.

Na unidade de filtração, a membrana do teste piloto mostrou rejeição de apenas

50-55% de sal, qualidade essa de água não suficiente para utilização da água

para enxágue. Ao utilizar membranas de OR, a rejeição de sal atinge 98%. A

tabela 9 traz os resultados da unidade de filtração a membrana da planta piloto.

Tabela 8 - Qualidade da água alimentada e drenada do biorreator a membrana na escala piloto.

Parâmetros Unidade Alimentação

(água residual)

Permeado

(microfiltrado)

Limite para água

de lavagem em

lavanderia

Temperatura ºC 15-30 15-30 -

pH - 9-11 7-8 -

Condutividade

Elétrica

µS/cm 1900 2000 -

Dureza Total ºdH Não medido 2,5-3 5ºdH

DQO mg/L 1050 60-70 150

AOX++ mg/L 0,06 0,04 -

Total N mg/L 40 2 -

Fe mg/L Não medido 0,1-0,6 0,1

Mn mg/L Não medido 0,02 0,03

Cu mg/L Não medido 0,01 0,05

Fonte: Adaptado de HOINKIS e PATERN, 2007

40

Tabela 9 - Qualidade da água do permeado e concentrado da unidade de filtração a membrana (escala piloto).

Parâmetros Unidade Permeado Concentrado Limites de

acordo com a

Legislação

Alemã

pH - 6-7 8-9

Condutividade

Elétrica

µS/cm Máximo 40 5000-8000

Dureza Total ºdH <0,5 Não medido

DQO mg/L Máximo 30 Mãximo 400 100

AOX mg/L Não medido 0,13 2

Cd mg/L Não medido <0,004 0,1

Hg mg/L Não medido <0,0002 0,05

Pb mg/L Não medido <0,02 0,5

Cu mg/L Não medido 0,015 0,5

Cr total mg/L Não medido 0,032 0,5

Ni mg/L Não medido 0,05 0,5

Zn mg/L Não medido 1,5 2

Fonte: Adaptado de HOINKIS e PATERN, 2007

3.3.4. Resultados da planta de larga escala

A alimentação de DQO no reator MBR é inferior do que a da planta piloto devido a

composição diferente da água residual, enquanto que a DQO efluente tem

praticamente o mesmo nível. A média de eficiência de remoção de DQO é

superior a 90%. O total de N na alimentação é bem abaixo do da planta piloto e se

mantém praticamente constante. A Tabela 10 mostra a qualidade da água antes e

após tratamento no reator MBR. Não foi necessária realizar a limpeza da unidade

MBR, mesmo após 6 meses de atividade, sem perda de fluxo.

41

Tabela 10 - Qualidade da água alimentada e drenada do bioreator a membrana na planta em grande escala.

Parâmetro Unidade Alimentação

(água residual)

Permeado

(microfiltrado)

Temperatura ºC 30-40 28-39

pH - 10,8-11,5 8,2-8,6

Condutividade

Elétrica

µS/cm 2000 2000

TOC ++ mg/L 300 12

DQO mg/L 700 60

N total mg/L 8 12

P-PO4-3 mg/L 7 3

Fonte: Adaptado de HOINKIS e PATERN, 2007.

Assim como na planta piloto, uma parcela do permeado do reator MBR segue

para uma unidade de OR, para prevenção do aumento do nível de sal, além de

entregar uma água com maior qualidade utilizada no enxágue. A recuperação

média da unidade de OR foi mantida em 70%, porém é esperado um aumento

para até 80%. A Tabela 11 apresenta a qualidade da água após tratamento na

unidade de OR.

Tabela 11 - Qualidade da água do permeado e concentrado da unidade de filtração a membrana (larga escala).

Parâmetro Unidade Permeado Concentrado

pH - 6-7 8-9

Condutividade

Elétrica

µS/cm 20-30 5000-6000

Dureza total ºdH 0 Não medido

DQO mg/L Máximo 45 Máximo 1000

N total mg/L <0,5 Não medido

P-PO4-3 mg/L 0,8 Não medido

Fonte: Adaptado de HOINKIS e PATERN, 2007

Nesse estudo foi possível observar que o tratamento da água residual de

lavanderia, através do sistema constituído pela combinação de tratamentos por

42

MBR e OR, resulta em uma água de qualidade que atende completamente os

requisitos para água utilizada em processo de lavagem (HOINKI, PANTEN, 2007).

3.4. DEMONSTRAÇÃO DE UM SISTEMA DE TRATAMENTO PARA

PURIFICAÇÃO E REUSO DA ÁGUA RESIDUAL DE LAVANDERIA.

Um estudo realizado na Itália apresenta um sistema de tratamento para a

purificação e reuso da água residual de lavanderia de uma lavanderia industrial.

Foi realizada a montagem de uma escala pré-industrial montada no local.

O sistema testado é constituído das seguintes etapas: um pré tratamento

utilizando-se o processo físico-químico de coagulação, floculação e flotação por ar

dissolvido; filtração com areia; ozonização; filtração com carvão ativo e

membranas de ultrafiltração.

3.4.1. Características da água residual

A lavanderia industrial LIT S.r.l. (Turin, Itália) é especialista em lavagem com água

de diversos tipos de tecidos. Todo dia LIT lava cerca de 22 toneladas de roupas,

chegando a uma necessidade hídrica de 400 m3/dia de água. Até o presente

momento o abastecimento de água é feito por poços, e antes de entrar na

alimentação do processo passa por resinas de troca iônica para reduzir a dureza

da água e, então, coletada em tanques de armazenamento.

Além de surfactantes, o ciclo de lavagem utiliza-se de amaciantes, agentes

oxidantes/desinfetantes, álcali, ácido acético, ácido oxálico, ácido fórmico, que

aparecem como poluentes na água residual em função das suas características.

A tabela 12 apresenta o nível de alguns parâmetros da água ao final do ciclo.

43

Tabela 12 - Características da água residual investigada.

pH DQO

(mg/L)

TSS

(mg/L)

Turbidez

(NTU)

Condutividade

Elétrica

(µS/cm)

Absorbância

a 420 nm

Surfactantes

não-iônico

(BIAS) (mg/L)

Surfactantes

aniônicos

(MBAS)

(mg/L)

7-9 400-

1000 90-200 40-150 1300-3000 0,01-0,05 1-10 1-15

Fonte: adaptado de CIABATTI, et. al., 2009

3.4.2. Reagentes

Foram utilizados um coagulante primário e um coagulante secundário,

previamente testados em teste de Jarros, em diferentes composições e

concentrações. Levando em consideração ambos aspectos econômico e técnico,

os autores chegaram a melhor solução do uso de policloreto de alumínio (PAC)

como coagulantes primário, na concentração de 750 ppm e 90 ppm de um

produto a base de poliamida, como coagulante secundário. Um polieletrólito

aniônico foi utilizado como floculante (3 ppm).

A adição de 40 ppm de ozônio, proveniente de um gerador alimentado de

oxigênio líquido, mostrou-se mais aplicável levando em conta novamente os

aspectos técnicos e econômicos.

Soluções alcalinas de hipoclorito de sódio foram utilizadas para a limpeza da

membrana UF.

3.4.3. Protótipo de larga escala

Um sistema de tratamento protótipo (alimentação máxima de 15 m3/h) foi

instalado na lavanderia LIT, a fim de validar a proposta do sistema de tratamento.

44

O sistema é constituído das etapas de coagulação, floculação e flotação por ar

dissolvido; filtro de areia; ozonização e filtro de carvão ativado, na respectiva

sequência. O ozônio é introduzido na corrente de água residual por meio de

pratos cerâmicos. Parte do efluente do filtro de carvão ativado é alimentado para

as membranas UF que realiza a permeação através de uma bomba de extração a

vácuo.

3.4.4. Resultados

Foram recolhidas amostras de todas as seções do sistema a fim de estudar a

contribuição de cada etapa para remoção dos diferentes parâmetros. Em relação

a DQO, foi obtido um total de 87% de remoção ao final do processo. A etapa de

pré-tratamento físico-químico sozinho obteve 45% de eficiência de remoção. Com

os tratamentos seguintes de filtração com areia, ozonização e filtro de carvão

ativado foi atingido o valor de 77% de remoção, que vai de acordo com o limite

legal italiano para descarga em águas superficiais. Finalmente a membrana UF

permite uma maior remoção da DQO até um valor mediado <100 mg/L, como

desejado pela lavanderia para realização do reuso da água .

O sistema de purificação também obteve um alto grau de remoção de TSS (98%)

e turbidez (99%), tendo como principal responsável o pré-tratamento físico-

químico (eficiência de remoção de 88% de turbidez e 94% de SST). Com os

tratamento seguintes com filtros de areia e carvão e ozônio foi possível a remoção

praticamente total de SST e turbidez, fazendo da membrana UF praticamente

sem utilidade para esse parâmetro.

Outro parâmetro que apresentou significante diminuição foi o total de

surfactantes. Uma eficiência de remoção de 87% para surfactantes não iônicos e

93% para surfactantes aniônicos foi alcançada ao fim do processo. Para remoção

deste parâmetro a grande contribuição provém da ozonização e filtração com

carvão ativado, permitindo alcançar o limite legal italiano para descarte (<2 mg/L).

Uma redução futura foi promovida pela membrana UF.

45

Os resultados do sistema de tratamento pode ser acompanhado na tabela 13 que

apresenta o nível dos principais parâmetros de interesse dos efluentes do filtro de

carvão ativado e da membrana UF.

Tabela 13 - Valores dos parâmetros de interesse após as etapas de filtração por carvão ativado e permeação por membrana UF.

Parâmetros Unidade Afluente

Saída filtro

de carvão

ativado

Permeado

UF

Limites para

descarga em

água superficial

Valores

para

reuso

pH

7,2 7,4 7,3 5,5-9,5 6,5-8,5

DQO mg/L O2 602 140 81 <160 <100

SST mg/L 166 4 2,5 <80 <5

Turbidez NTU 110 1,1 0,8 - <2

Condutividade µS/cm 1342 1275 1127 - <2000

Amônia mg/L

NH4+

1,8 0,13 - <15 -

Fósforo total mg/L P 1,9 0,45 - <10 -

Surfactantes

totais mg/L 8,78 1,6 1 <2 <20

Fonte: Adaptado de CIABATTI, et. al., 2009.

Como podemos observar na tabela, o limite legal italiano para descarte é atingido

ao fim da etapa de filtração por carvão ativado, porém só é possível atingir os

valores para reuso com a etapa posterior de permeação por membrana UF.

3.4.5. Limpeza da membrana UF

Para manutenção da performance de filtração da membrana UF foi aplicado um

procedimento de limpeza química. Com o decorrer do processo o fluxo de

permeado tende a diminuir devido a incrustação de concentrado na superfície da

membrana.

46

No caso foi observado que uma redução de aproximadamente 25% de

permeabilidade do efluente acontece após a filtração de cerca de 20 m3 de água

residual, comparado ao início do processo, devido a incrustação. A incrustação

pode ser explicada pela adsorção de surfactantes residuais dentro da membrana,

devido a interações hidrofóbicas e eletroestáticas, no caso de surfactante iônicos.

A respeito desse fenômeno é necessário ressaltar que surfactantes aniônicos são

largamente empregados nos processos de lavagem e aparecem em grandes

concentrações no efluente.

Para evitar o entupimento e correspondente mal funcionamento da membrana UF,

os procedimento de limpeza foram realizados após ciclos de permeação de cerca

de 100 m3 de água residual.

3.4.6. Testes de reuso

Teste de lavagem com roupas domésticas foram efetuados utilizando o permeado

da membrana UF com o objetivo de verificar a possibilidade do reuso da água

tratada no processo de lavagem. O enxágue final foi realizado com água primária.

De acordo com análise visual dos técnicos da lavanderia e analise de medidas de

índice de branco foi constatado que o sistema de tratamento proposto permite a

produção de um efluente passível de reuso para o processo de lavagem

(CIABATTI, et. al., 2009).

47

4. DISCUSSÃO

Todos os trabalhos estudados apresentaram alta eficiência para o tratamento do

efluente a ser descartado, atendendo às normas vigentes das respectivas regiões,

utilizando combinação de tratamentos convencionais. Cabem às devidas

autoridades a fiscalização e aplicação das normas previstas em relação ao

descarte desse tipo de efluente perante as empresas envolvidas.

O reuso da água residual de lavanderia se mostra viável quando utilizado de

tecnologias mais modernas como o uso de membranas. Podemos verificar que

nos trabalhos apresentados uma alta qualidade de água foi alcançada por meio

de tratamentos posteriores. A dificuldade se apresenta ao quantificar a qualidade

da água para o uso em um processo de lavagem, ficando restrito a testes visuais

ou medições de desempenho. A padronização dos níveis dos parâmetros da água

para um processo de lavagem surge como uma possibilidade de facilitar a

identificação da viabilidade de reuso da água ou não para o processo.

O uso de membranas no tratamento de água apresenta alta eficiência de remoção

de impurezas. Entretanto é considerada uma tecnologia cara e limitada, porém

altamente seletiva, tornando possível a obtenção de uma água com alto grau de

qualidade e pureza. Membranas são produzidas de materiais de alto valor

agregado e estão susceptíveis a saturação se não forem utilizadas com o devido

cuidado e não receberem devida manutenção.

A utilização de outros tipos de reagentes de origem natural que vêm sendo tema

de estudos frequentes, surge como uma opção de viabilizar o uso de membranas.

Por um lado por não acrescentarem resíduos químicos ao efluente que deverão

ser retirados ao final do processo e no outro, por se apresentarem mais

economicamente viáveis, reduzindo o valor do tratamento como um todo.

É evidente a variação da composição do efluente quando olhamos para os níveis

dos parâmetros de interesse. As substâncias principais estão sempre presentes,

porém os níveis variam de acordo com regiões e épocas do ano, por exemplo.

Esse fato está relacionado ao efluente estar diretamente ligado aos costumes

48

humanos, que variam de acordo com fatores culturais e sazonais. A dificuldade

em padronizar a composição do efluente acaba por dificultar, também, a

padronização de um sistema único de tratamento. Apesar disso vale ressaltar o

alto teor de surfactantes presentes como substância principal no efluente em

questão e de difícil remoção.

A maioria dos trabalhos estudados apresentaram como principais etapas de

tratamento o pré-tratamento realizado pelo sistema de coagulação/floculação, que

contribui de forma eficaz para remoção de sólidos suspensos, matéria orgânica e

turbidez; filtração com areia como um complemento do tratamento físico-químico;

adsorção por carvão ativo que aparece como uma etapa muito eficiente para a

remoção de detergentes e DQO, assim como outros processos oxidativos.

Desta forma podemos sugerir um sistema de tratamento eficiente para o

tratamento da água residual de lavanderia, possibilitando seu reuso, por meio de

tratamentos posteriores com o uso de tecnologias mais avançadas, como os

processos de separação por membranas. De acordo com a qualidade da água

desejada pode variar de membranas de microfiltração até membranas com

elevado critério de seleção, como as de osmose reversa.

5. CONCLUSÃO

Com base nos objetivos propostos, obtiveram as seguintes conclusões:

É necessário aumentar a atenção para esse tipo específico de efluente, dado seu

volume e sua composição. A importância não se restringe apenas à economia ou

sustentabilidade relacionada a seu reuso, mas também ao seu descarte sem

tratamento adequado, devido ao alto teor de toxicidade.

A caracterização do efluente em questão é variável, mas apresenta de uma forma

geral alguns compostos em comum que divergem apenas em concentração. Uma

49

elevada concentração de surfactantes é observada em comparação a outros tipos

de águas residuais.

É viável realizar o tratamento do efluente de lavanderia a partir de uma

combinação de tratamentos de água convencionais, obtendo um efluente

purificado que atende à legislação em termos de emissão.

O reuso do efluente tratado em um novo processo de lavagem se apresenta

viável, desde que se utilize de tratamentos adequados, melhorando assim a

qualidade do produto purificado.

Adaptações nos tipos de tratamentos existentes aparecem como uma

oportunidade de aumentar a viabilidade do tratamento, assim como torná-los mais

sustentáveis.

6. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Para dar continuidade a esse trabalho, visando futuros estudos, propõe-se buscar

informações e analisar, com base nos dados obtidos, os seguintes assuntos:

- Estudos no desenvolvimento de coagulantes de origem natural, com o objetivo

de minimizar os resíduos de origem química na água tratada.

- Pesquisa por novos materiais para síntese de membranas, a fim de reduzir o

custo do uso dessa tecnologia, assim como, ampliar e melhorar o sua

funcionalidade e vida útil;

- Padronização do produto gerado;

- Novos processos de lavagem, utilizando menos reagentes químicos, em

especial surfactantes.

50

- Dimensionamento do problema em torno do volume de efluente gerado por uma

empresa típica e estudo da factibilidade de ampliação de escala dos processos de

tratamento;

- Pesquisa da viabilidade econômica da implementação dos sistemas de

tratamento.

51

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