JBCS

INTRODUÇAO

O tratamento de resíduos de produtos químicos gerados em laboratórios de instituiçoes brasileiras de ensino e pesquisa recebeu consideraçoes pioneiras a partir dos anos 90, do século passado, por parte da USP de Sao Carlos¹ e da UNICAMP.² Ainda que estas iniciativas tenham sido imbuídas de teor ambientalista,³ elas visavam, principalmente, qualificar e dar fim aos enormes passivos de produtos químicos que se achavam acumulados nos laboratórios daquelas instituiçoes. Posteriormente, diversas publicaçoes, em periódicos nacionais, abordaram temas semelhantes, concernentes à implantaçao de Programas de Gerenciamento de Resíduos de Produtos Químicos em outras instituiçoes,⁴ inclusive nas de ensino médio.⁵ No caso do Instituto de Química da Universidade de Sao Paulo (IQUSP), um programa semelhante foi iniciado, em 2002, pela implantaçao, sob os auspícios da FAPESP,⁶ de um laboratório exclusivamente dedicado ao tratamento de resíduos químicos, posteriormente denominado Setor Técnico de Tratamento de Resíduos e Solventes (STRES). Após uma fase de levantamento de ativos e passivos, foi constatado que, entre outros tipos de resíduos,⁷ eram geradas diversas misturas de solventes orgânicos que somavam cerca de 10.000 L / ano. Desde entao, conforme pode ser visto pela Tabela 1, o STRES definiu tratamentos para recuperar os componentes de certas misturas.⁷ Por outro lado, a incineraçao completa da mistura, em incinerador industrial, foi adotada nos casos de componentes de difícil separaçao.

 

 

No entanto, deve-se mencionar que, até o momento, nao se havia avaliado o Impacto Ambiental⁸ (IA) relacionado a cada um de tais tratamentos. Portanto, para uma análise inicial, decidiu-se buscar formas de comparar, de maneira quantitativa, o ônus ambiental causado pelo processo de destilaçao do solvente, visando a recuperaçao, com a incineraçao completa da mistura, de modo a se optar pela estratégia menos impactante.

Uma técnica para quantificaçao do IA de um produto ou de um processo produtivo é a sua Análise de Ciclo de Vida (ACV), a qual leva em conta, sistematicamente, do berço ao túmulo, os impactos do agente sobre os seres humanos e seu entorno.⁹ Pela ACV de um produto ou processo, este é inspecionado considerando-se os IAs decorrentes da obtençao das matérias primas para a sua fabricaçao, a própria fabricaçao, o uso global de energia e de coadjuvantes requeridos, além do tratamento dos rejeitos originados. Assim, a ACV engloba uma série de etapas que incluem a elaboraçao de um Inventário de Ciclo de Vida (ICV), bem como a sua avaliaçao e reavaliaçao.¹⁰ Todo este processo, normalmente, é complexo e demorado. Porém, no caso específico de solventes orgânicos e suas misturas, é possível valer-se de modelos mais simples de ICV. Nesta linha, recentemente, diversas publicaçoes apresentaram estudos teóricos para a destinaçao menos impactante de misturas de solventes dentre as duas opçoes: a) separaçao de componentes, por destilaçao, para reaproveitamento¹¹ e b) a incineraçao completa da mistura.^12,13 Outros estudos comparativos para estas duas opçoes sugerem,^14-19 de modo geral, a incineraçao de misturas contendo componentes de baixo IA na produçao e a recuperaçao daqueles cujo IA de produçao seja alto. Nestes trabalhos foram utilizados softwares que computam, pelo emprego de bancos de dados internos de ACV, os indicadores de IAs para ambas as alternativas. Dentre estes softwares, o Ecosolvent^® tem sido o mais frequentemente empregado.^15-19

De acordo com o manual do Ecosolvent^®, este software²⁰ é uma ferramenta pública e gratuita para comparar modelos de inventários de ciclo de vida de destilaçao de solventes com os dos tratamentos térmicos dos mesmos, por incineraçao em incinerador de produtos químicos perigosos ou em fornos para produçao de cimento. Assim, considerando-se um universo de 45 solventes orgânicos, é possível estimar os IAs para destilaçao até de misturas quaternárias, em processos contínuos ou em bateladas, contendo ou nao impurezas salinas ou metálicas. Além disso, podem ser incluídos cálculos de IA resultantes de consumo de energia para uma pré-destilaçao ou uma simples evaporaçao para a remoçao de sais, por exemplo. Em seguida, o software pode estimar IAs de destilaçoes em batelada ou em contínuo, podendo-se especificar o resultado obtido na destilaçao, em termos de quantidade e qualidade do destilado na fraçao de produto obtido. Desta forma, dos impactos nocivos ao ambiente, devidos aos pré-tratamentos, aos consumos de energia nas destilaçoes, ao uso de matérias acessórios, às emissoes e aos resíduos da destilaçao, sao subtraídos os nao deletérios ao ambiente, associados à recuperaçao dos solventes, já que esta operaçao dispensa a sua produçao, no futuro. Os valores de IA calculados para as destilaçoes podem, entao, ser comparados com os da incineraçao das misturas brutas, em incinerador industrial de produtos químicos, ou em fornos de indústrias de cimento. No inventário da incineraçao, dos aspectos nocivos causados pela destruiçao dos solventes, pelas emissoes de CO₂, pelo transporte dos solventes ao incinerador e pelo uso de coadjuvantes, é possível subtrair o efeito benéfico da geraçao de eletricidade e vapor, resultante da queima do solvente, em substituiçao a combustíveis fósseis.

No que tange aos indicadores de IA, o Eco-indicador 99²¹ (EI99) tem sido constantemente empregado.^15-18 Resumidamente, pode-se dizer que o EI99 exprime, de maneira ponderada, em valores numéricos chamados ecopontos, os danos à saúde humana, ao ecossistema e à degradaçao dos recursos naturais. Um valor positivo de EI99 indica dano ambiental e um negativo indica efeito benéfico ao ambiente. No caso de solventes, de modo geral, os valores descritivos médios de EI99, para produçao, variam¹⁵ de 0,135 (para o metanol) a 0,900 (para o tetra-hidrofurano). Pelo emprego do Ecosolvent^®, os estudos antes mencionados^15-19 apresentaram a sugestao de incinerarem-se misturas contendo componentes com baixo EI99 de produçao e recuperarem-se aqueles cujos EI99 de produçao sejam altos.

Uma vez que o Ecosolvent^® é de uso livre, decidiu-se empregá-lo para comparar, via os EI99, os IAs decorrentes dos processos de destilaçao de solventes, efetuados no STRES, em comparaçao com a incineraçao completa das misturas.

 

RESULTADOS E DISCUSSAO

Para a avaliaçao dos IAs foram selecionados os lotes 1 - 10 (Tabela 2) que representam as misturas de solventes mais corriqueiramente tratadas no STRES.

 

 

As misturas dos lotes 1 - 10 foram destiladas; os balanços de massa e os consumos de energia e de água, nas destilaçoes, estao apresentados na Tabela 3.

 

 

Usando-se os dados das Tabelas 2 e 3, foram calculados os valores de EI99 tanto para a destilaçao como para a incineraçao de cada lote. No material suplementar referente a este trabalho acham-se os gráficos gerados pelo Ecosolvent^®, segundo os dados das Tabelas 2 e 3, para as destilaçoes das misturas dos lotes 1 - 10, em comparaçao com a incineraçao completa das misturas.

A Tabela 4 apresenta os valores médios de EI99 para alguns parâmetros de recuperaçao em comparaçao com os da incineraçao, levando-se em consideraçao o consumo de energia, o uso de coadjuvantes, as emanaçoes e, para a incineraçao, o transporte até o incinerador industrial de produtos químicos perigosos.

 

 

O cálculo global de EI99 médio para cada lote, com base na Tabela 4, está resumido na Tabela 5.

 

 

Embora exista um portal²² criado para identificar e disseminar iniciativas de ACV nacionais, sob a organizaçao do Instituto Brasileiro de Informaçao em Ciência e Tecnologia, nao foi possível nele encontrar um banco de dados concernente a solventes. Assim, utilizando-se o Ecosolvent^® (que por ser europeu pode apresentar certa especificidade regional de dados de ACV) e observando-se os valores de EI99 da Tabela 5, conclui-se que todos os tratamentos apresentam IAs diferenciados e superiores a zero. Em 9 casos (lotes 2 - 10) a separaçao dos componentes das misturas, por destilaçao, foi ambientalmente menos impactante do que a incineraçao da mistura bruta. Apenas no caso do lote 1 a destilaçao mostrou-se mais impactante do que a incineraçao. Levando-se em consideraçao que este lote representa apenas apenas 6% das misturas que o STRES recebe para tratar, pode-se afirmar que a recuperaçao dos seus componentes seria interessante apenas se fosse empregada uma coluna de destilaçao eficiente como, por exemplo, a do tipo spinning band. Isto se mostrou verdadeiro para o lote 2, de composiçao semelhante à do lote 1 e se deveu, em parte, ao fato de tal equipamento render, em menor tempo, destilados mais puros, o que implicou em processo com menor gasto energético. Porém, o que mais impactou na destilaçao do lote 1 foi o gasto de água para a refrigeraçao do condensador (ver emanaçoes e resíduos; Tabela 4), o que foi evitado nas outras destilaçoes pelo reúso do fluído.

Para os lotes 2 - 10, de modo geral, a recuperaçao dos solventes (EI99 < 0) compensou, pelo menos em parte, o IA de produçao dos mesmos. No entanto, estes resultados nao devem ser extrapolados para qualquer fonte geradora, pois a incineraçao poderia apresentar um IA menor caso a energia liberada na queima fosse aproveitada, para aquecimento, no incinerador, o que nao parece ser uma funcionalidade disponível amplamente nestes equipamentos, no Brasil. Por outro lado, para fontes geradoras de resíduos muito distantes do incinerador, o IA do transporte pode afetar desfavoravelmente o processo de incineraçao.

Ainda que, neste trabalho, nao tenham sido comparados os custos relativos às duas opçoes de tratamento, é importante ponderar que, no caso das destilaçoes, há a necessidade de aquisiçao e de instalaçao de equipamentos, além de remuneraçao dos operadores. Porém, parte deste custo inicial pode ser amortizado em funçao das quantidades de solventes recuperados e de seus valores de mercado. Já no que diz respeito à incineraçao em incineradores industriais, os custos sao sempre proporcionais à massa da carga a ser incinerada (mistura de solventes e embalagens) e variam, segundo têm-se notado, com a cotaçao do dólar americano. Adicionalmente, deve ser considerado tanto o custo do transporte da carga ao incinerador, a ser realizado por empresa especificamente licenciada, como o das embalagens, as quais devem ser homologadas para este fim.²³ Além disso, aspectos burocráticos relativos à obtençao das licenças de órgaos ambientais para a destinaçao das misturas ao incinerador, bem como das cinzas resultantes ao aterro industrial, podem tornar o processo demorado e, também, mais custoso.

 

CONCLUSAO

O uso do software Ecosolvent^® mostrou-se útil para o STRES definir, caso a caso, qual alternativa de tratamento é ambientalmente menos impactante para uma corrente de solventes orgânicos, em funçao de suas quantidades, eficácias das aparelhagens de destilaçao disponíveis e distância ao incinerador industrial. Para a maioria dos casos estudados, a destilaçao para a recuperaçao de solventes mostrou-se menos impactante, justificando o investimento em aparelhagens e mao de obra. Porém, uma análise crítica dos resultados indica que pode haver vantagem em incinerar, em vez de destilar, caso a energia gerada pela incineraçao do material possa ser aproveitada em processos produtivos e o incinerador se encontre próximo à fonte geradora. Cabe ressaltar, no entanto, que esta reciclagem energética é ainda incipiente em nosso país. Este fato, aliado a aspectos legais e burocráticos relacionados com a incineraçao, indica, claramente, que a alternativa de escolha para as diversas instituiçoes de ensino e pesquisa ainda é a recuperaçao dos solventes por elas gerados.

 

PARTE EXPERIMENTAL

Análises

As análises cromatográficas gás-líquido foram efetuadas usando-se hélio como gás de arraste, em um cromatógrafo Shimadzu-GC17A equipado com uma coluna DB624, conectada a detector de ionizaçao de chama. As composiçoes relativas dos solventes, nas misturas dos lotes 1 - 4, foram determinadas por cromatografia gás-líquido, a partir de curvas de calibraçao construídas com amostras sintéticas (em % de massa) dos dois solventes. Os teores de ciclo-hexano (lote 5), clorofórmio (lote 6) e tolueno (lote 8) foram determinados por cromatografia gás-líquido diretamente a partir das integraçoes das áreas % dos sinais cromatográficos. Os teores de etanol, nas fraçoes dos lotes 7, 9 e 10, foram determinados a partir das densidades das amostras.

Destilaçoes

Todas as colunas de destilaçao eram encamisadas a vácuo. A destilaçao do lote 2 foi efetuada em sistema BR Instruments-9600 SBA, equipado com manta elétrica de 650W.²⁴ As potências (W) das mantas elétricas usadas nas outras destilaçoes eram: 2260 para os lotes 1 e 3; 1600 para os lotes 5, 6, 9 e 10; 660 para os lotes 4, 7 e 8. Nenhum lote recebeu tratamento prévio à destilaçao. No caso do lote 1, foi usada água corrente para refrigeraçao do condensador. No caso dos outros lotes, para resfriamento e reuso da água de refrigeraçao dos condensadores dos sistemas de destilaçao, foi utilizado um banho Marconi-MA184, de 1800 W de potência.

Cálculos

O software Ecosolvent^® v.1.0.1 foi descarregado do sítio da internet²⁰ e instalado em computador empregando o sistema operacional Windows 7^®; Para cada lote, foram gerados os gráficos de ecopontos EI99 versus destilaçao e incineraçao (no formato box-wishker), os quais se acham disponíveis na parte suplementar. Para os cálculos dos valores de EI99 foram inseridas as massas de cada solvente nas misturas iniciais e nas fraçoes recuperadas, com bases nas análises efetuadas (ver Tabelas 2 e 3). Os cálculos de consumo de energia elétrica nas destilaçoes levaram em consideraçao a potência máxima consumida por todos os equipamentos empregados (manta de aquecimento e sistema de refrigeraçao de água), em funçao do tempo de uso dos mesmos (ver Tabela 3). Para o cálculo do IA do transporte, nas incineraçoes, foi considerado o uso de caminhao e um percurso de 20 km, que corresponde à distância entre o STRES e Taboao da Serra/SP, local em que se encontra o incinerador de produtos químicos perigosos, atualmente contratado pelo IQUSP.

 

MATERIAL SUPLEMENTAR

Gráficos gerados pelo software Ecosolvent^®, para comparaçao de ecopontos EI99 entre destilaçao e incineraçaos referentes aos lotes 1 a 10, sao acessíveis pelo sítio http://quimicanova.sbq.org.br/.

 

AGRADECIMENTOS

Agradecemos à FAPESP pelo apoio concedido referente ao processo FAPESP 2001/01221-3.

 

REFERENCIAS E NOTAS

1. Alberguini, L. B. A.; Silva, L. C.; Rezende, M. O.; Quim. Nova 2003, 26, 291.

2. Jardim, W. F.; Quim. Nova 1998, 21, 671.

3. As preocupaçoes com aspectos ambientais, de forma ampla, tornaram-se objeto formal de atençao dos americanos, em 1969, quando eles definiram uma política nacional relacionada ao meio ambiente e, em 1970, fundaram uma agência regulamentadora dedicada ao assunto (Caldwell, L. K.; The National Environmental Policy Act-An Agenda for the Future; Indiana Press University, Bloomington, USA, 1998.). Na Comunidade Europeia, após a Declaraçao de Paris, em 1972, diversas leis ambientais foram lá aprovadas (Brandte, E. V. Em Europe's Global Role: External Policies of the European Union; Orbie, J. ed.; Ashgate Publishing Limited: England, 2008, cap. 7). No Brasil, as questoes ambientais foram abordadas de modo tardio e restrito quando, em 1985, foi promulgada da Lei de Zoneamento Industrial (http://presrepublica.jusbrasil.com.br/legislacao/128314/lei-6803-80, acessada em Fevereiro de 2016, referente à Lei n.º 6803 de 2 de julho de 1980.), que reservou à Uniao o poder de autorizar, baseado em estudos especiais de alternativas e de avaliaçoes de impacto, a implantaçao de zonas de uso estritamente industrial tais como polos petroquímicos, cloroquímicos, carboquímicos e instalaçoes nucleares. Mais tarde, ao ser estabelecida a Política Nacional do Meio Ambiente (http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/leis/L6938.htm, acessada em Agosto de 2016, referente à Lei n.º 6938 de 31 de agosto de 1981) e criado o Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA; http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/decreto/antigos/d99274.htm, acessada em Fevereiro de 2016, referente ao Decreto n.º 99274 de 6 de junho de 1990), foi a este outorgada competência para fixar os critérios para a exigência da avaliaçao de impacto ambiental antes da liberaçao do licenciamento de um empreendimento (http://www.mma.gov.br/port/conama/res/res86/res0186.html, acessada em Fevereiro de 2016, referente à Resoluçao CONAMA 001 de 23 de janeiro de 1986). Contrastando com este tardio despertar para as questoes ambientais, a Constituiçao Brasileira (http://www.imprensaoficial.com.br/PortalIO/download/pdf/Constituicoes_declaracao.pdf, acessada em Fevereiro de 2016, conforme o Inciso IV, do parágrafo 1º, artigo 225 do capítulo VI ) foi pioneira ao exigir o estudo prévio de impacto ambiental para instalaçao genérica de obra ou atividade com potencial para causar degradaçao significativa do meio ambiente.

4. Tavares, G. A.; Bendassoli, J. A.; Quim. Nova 2005, 28, 732; Gonçalves, M. S.; Kummer, L.; Sejas, M. I.; Rauen, T. G.; Bravo, C. E. C.; Rev. Brasil. Cienc. Amb. 2010, 15, 80; Pacheco, E. V.; Hemais, C. A.; Fontoura, G. A. T.; Rodrigues, F. A.; Polim.: Cien. Tecnol. 2003, 13, 14; Afonso, J. C.; Silveira, J. A.; Oliveira, A. S. Lima, R. M. G.; Quim. Nova 2005, 28, 157; Imbroisi, D.; Guaritá-Santos, A. J. M.; Barbosa, S. S.; Shintaku, S. F.; Monteiro, H. J.; Ponce, G. A. E.; Furtado, J. G.; Tinoco, C. J.; Mello, D. C.; Machado, P. F. L.; Quim. Nova 2006, 29, 404; Giloni-Lima, P. C. Lima, V. A.; Quim. Nova 2008, 31, 1595.

5. Silva, A. F.; Soares, T. R. S.; Afonso, J. C.; Quim. Nova Esc. 2010, 32, 37.

6. Processo FAPESP 2001/01221-3: Tratamento e Gerenciamento de Resíduos Químicos no IQUSP.

7. De Conto, S. M.; Gestao de resíduos em universidades, EDUCS, 2010, p. 207.

8. O impacto ambiental, segundo o CONAMA (conforme consta no sítio http://www.mma.gov.br/port/conama/res/res86/res0186.html, acessado em Fevereiro de 2016, referente à Resoluçao 001 de 23 de janeiro de 1986), é qualquer alteraçao das propriedades físicas, químicas e biológicas do meio ambiente que, direta ou indiretamente, afetem a saúde, a segurança e o bem-estar da populaçao, as atividades sociais e econômicas, a biota (flora e fauna), as condiçoes estéticas e sanitárias do meio ambiente e a qualidade dos recursos ambientais.

9. Raymond, M. J.; Slater, C. S.; Savelski, M. J.; Green Chem. 2010, 12, 1826.

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