Resumo
A obtenção de água de reuso a partir do tratamento de águas residuárias requer uma etapa de desinfecção, com intuito de reduzir riscos de exposição a patógenos e consequentemente, ampliar as categorias de reuso. Tradicionalmente, a cloração é amplamente utilizada com esse objetivo, porém, possibilita a formação de subprodutos orgânicos halogenados, dentre os quais o clorofórmio tem sido o composto gerado em maior quantidade. Em razão dos riscos à saúde e ao meio ambiente, torna-se fundamental a busca por meios para remoção desse composto. No presente estudo, analisou-se a capacidade adsortiva de quatro tipos diferentes de carvão ativado granular na remoção de clorofórmio. Primeiramente, foram determinados os números de Iodo, índices de Azul de Metileno, teores de cinzas, massas específicas aparente e absoluta. Posteriormente, foram realizados ensaios de equilíbrio para determinação das capacidades de saturação dos diferentes carvões em função da concentração de clorofórmio em solução, e aplicação dos modelos de Langmuir, Freundlich e Henry, para de representar os resultados experimentais. A qualidade do ajuste foi avaliada através dos coeficientes de determinação (R2) e das raízes quadradas dos erros médio ao quadrado (RMSE), que permitiram constatar que os três modelos forneceram resultados equivalentes. Sendo assim, optou-se por utilizar o modelo linear, em razão de sua simplicidade e da possibilidade de correlacionar a constante de Henry em relação aos parâmetros de caracterização dos carvões ativados. Foi proposta uma correlação empírica para explicitar a dependência da constante de Henry com os parâmetros de caracterização (índice de azul de metileno, número de iodo e teor de cinzas), que se mostrou válida para a prever a constante de Henry e consequentemente, a capacidade adsortiva de carvões ativados em função da concentração de equilíbrio. O carvão ativado de babaçu foi o que forneceu maior capacidade de adsorção de clorofórmio e foi utilizado para realização de ensaios em microcoluna para obtenção de curvas de ruptura, para diferentes condições operacionais. Os modelos de Thomas, Yoon – Nelson e BDST foram utilizados para representar estes resultados e se mostraram praticamente equivalentes, contudo, o melhor ajuste foi dado pelo modelo de Yoon-Nelson. Os parâmetros do modelo de Yoon-Nelson apresentaram tendência de comportamento definido em função do fluxo mássico de clorofórmio na entrada da coluna, cuja predição dos parâmetros deve envolver o tempo de contato em relação à coluna vazia e o número de Reynolds intersticial baseado no diâmetro médio das partículas em escala reduzida.
Introdução
A presença de poluentes nos corpos d’água tem-se tornado cada vez mais frequentes e foco de preocupações, tanto ambientais quanto de saúde pública. Um dentre tantos, o foco desse estudo é o clorofórmio, formado na água pela reação entre cloro residual e compostos orgânicos. Essa reação está presente em plantas de tratamento de efluentes, onde existe um processo que consiste na inserção do elemento cloro na água, chamado cloração. Desse processo, o principal subproduto é esse composto orgânico clorado.
O clorofórmio, quando ingerido, tem um alto potencial carcinogênico, por isso há necessidade de removê-lo da água. Existem vários métodos de tratamento que permitiriam a remoção de solutos presentes em solução, tais como: precipitação, adsorção, troca iônica, osmose reversa e etc. (Yin et al., 2009). A adsorção é, basicamente, a retenção de uma substância (soluto) presente em solução na superfície do sólido adsorvente, consiste então de um fenômeno de superfície, através de iterações físicas (fisissorção) ou químicas (quimissorção) (Katsigiannis et al, 2015, Geankoplis, 2003).
Segundo Katsigiannis et al. (2015), o adsorvente mais frequentemente utilizado é o carvão ativado, que pode ser aplicado de duas formas: pulverizada (CAP) ou granular (CAG). No entanto, existem diversos tipos de adsorventes além do carvão, dentre eles, sílica gel, alumina ativada, polímeros sintéticos ou resinas e zeolitas (Geankoplis, 2003).
Estudos vêm sendo conduzidos relativos à adsorção de compostos orgânicos usando carvão ativado. Razvigorova et al. (1998) avaliaram a adsorção de clorofórmio com carvões ativados de sementes de damasco e antracito. Urano et al. (1991) estudaram a taxa e a capacidade de adsorção de diversos compostos orgânicos clorados em carvão ativado granular comercial; e Tsai et al. (2008) examinaram a adsorção de acetona, clorofórmio e acetonitrila em fibras de carvão ativado.
O número de Iodo está relacionado à quantidade de micropóros contidos no adsorvente. Já o teor de cinzas é indicativo da presença de impurezas minerais existentes no material. Enquanto que o Índice de Azul de Metileno é correlato à mesoporosidade. Dessa forma, as propriedades levantadas na caracterização dos carvões ativados poderiam inferir sobre qual amostra deveria apresentar maior capacidade de acomodação das espécies químicas nos sítios ativos do adsorvente, a depender do tamanho de molécula que se pretende adsorver. O diâmetro da molécula de Iodo é de aproximadamente 0,56 nm (Hsieh, & Teng, 2000). É desejável que o índice de Iodo seja superior a 500 mg.g-1 para a adsorção de solutos de massa molar da ordem de grandeza do Iodo (253.8 g mol-1) (Jaguaribe et al., 2005; Martinez et al., 2011). A molécula de azul de metileno tem formato retangular com dimensões de 1,7 nm, 0,76 nm e 0,325 nm, com área projetada da molécula de aproximadamente 1,3 nm2 (Hang & Brindley, 1970). A molécula de azul de metileno tem secção transversal de cerca de 0,8 nm e estima-se que o diâmetro mínimo do poro que ela pode penetrar seja de 1,3 nm. As dimensões da molécula de clorofórmio são de 0,46 nm, 0,57 nm e 0,62 nm (Reid & Thomas, 2001), que são compatíveis com o tamanho do azul de metileno, logo, o CAG que apresentar maior índice de azul de metileno deve possuir maior capacidade adsortiva no que diz respeito à retenção do soluto.
No entanto, a quantificação da capacidade adsortiva por meio de estudos de equilíbrio são úteis para a escolha do adsorvente mais indicado para ser empregados em escala real. A determinação experimental das curvas de ruptura (breakthrough curve) em microcolunas tem a vantagem principal de ser realizada em períodos de tempos menores quando comparadas com colunas em escala piloto ou real, sobretudo quando as concentrações afluentes são bastante diluídas, como nas encontradas nos processos de remoção de microcontaminantes. No entanto, é necessário transpor as informações obtidas em escala de banca para a escala real. A norma ASTM D 6586-03 deve ser seguida com esse objetivo, pois estabelece relações entre as condições operacionais para as colunas de pequena e grade escalas. A relação entre os tempos de contato em relação às colunas vazias em pequena (EBCTsc) e grande (EBCTlc) escalas é equivalente à proporção entre os tempos de operação das colunas das colunas (tsc e tlc), normalmente até saturação do adorvente se estabelecer. Além disto, é dependente dos tamanhos médios das partículas nas escalas de bancada (dpsc) e real (dplc) e do mecanismo dominante na transferência do soluto do seio da fase fluida para a superfície dos sítios ativos do adsorvente (equações 1 e 2) (Metcalf & Edddy, 2003, Crittenden et al., 1987).
(…)
Autores: Fernando Marin Torres Filho; Cristina Filomena P. Rosa Paschoalato e Reinaldo Pisani Junior.
