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Carvão ativado de lodo de estação de tratamento de água aplicado na remoção de contaminantes

Resumo

Carvão ativado de lodo – O lodo de estação de tratamento de água (LETA) é um resíduo sólido gerado em larga em escala e originário dos processos de tratamento de água que são responsáveis pelo abastecimento populacional de água potável. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade do LETA como matéria prima na produção de carvão ativado de lodo aplicado no tratamento de efluentes líquidos. A produção do carvão ativado a partir do LETA foi realizada através de ativação química utilizando ZnCl2 e Ca(OH)2, seguida de pirólise em atmosfera inerte de nitrogênio. Após a pirólise, parte da amostra foi submetida à lixiviação ácida com HCl. O material obtido foi caracterizado pelas técnicas de BET, DRX, FTIR e TGA. Os resultados obtidos mostraram que o carvão ativado de LETA, após lixiviação por HCl, apresentou maior área superficial (582 m².g -1 ) e maior estabilidade térmica, o que fez com que fosse escolhido para dar continuidade aos ensaios de adsorção para a remoção de azul de metileno (AM) e nimesulida (NM). Para a adsorção de AM, os resultados de otimização simultânea através da técnica de planejamento experimental com intuito de maximizar a capacidade e eficiência de adsorção do corante foram de 9,38 mg.g-1 e 94,65%, respectivamente. Essas condições foram obtidas com a interação de pH 7, tempo de contato de 13,2 min e 6,59 g.L-1 de dosagem de adsorvente. Para a adsorção de NM, foram realizados ensaios em batelada para determinar a influência dos parâmetros pH e dosagem de adsorvente e também estudados os perfis cinéticos, isotermas de equilíbrio e eficiência em efluente hospitalar sintético. O tempo de equilíbrio foi atingido em 120 min e a quantidade máxima adsorvida (qmax) de NM nos testes em batelada foi de 274,99 mg.g-1 . Além disso, o adsorvente produzido mostrou-se eficiente no tratamento de efluentes hospitalares, obtendo uma eficiência de adsorção de 98,57%. Por fim, foi realizada a adsorção de NM em leito fixo, obtendo o valor de qmax de 217,28 mg.g-1 , saturando em 250 min. Acerca dos resultados obtidos nesse trabalho, é possível afirmar que a produção de carvão ativado a partir de LETA é uma boa alternativa para utilização deste resíduo, produzindo um adsorvente promissor no tratamento de efluentes contaminados com AM e NM.

Introdução

O aumento das atividades industriais e do consumo de água têm causado problemas ambientais, levando a um desequilíbrio ambiental (MUDAKKAR et al., 2013; SANTOS et al., 2014). Além disso, as Nações Unidas projetam que o número de pessoas no mundo aumentará 36,29% e o consumo de água aumentará 20 a 33% entre 2010-2050 (BUREK et al., 2016; UNITED NATIONS, 2019).

De acordo com o Natural Resources Defense Council, 80% das águas residuais do mundo são descartadas no meio ambiente, muitas vezes sem tratamento prévio, e anualmente cerca de 1 bilhão de pessoas contraem doenças causadas por águas contaminadas e mais de 200 espécies diferentes de vida marinha são prejudicadas (DENCHAK, 2018).

A responsabilidade de captar e realizar o tratamento necessário para que a água bruta seja classificada como água potável é da estação de tratamento de água (ETA). Nas ETAs, uma sequência de processos de tratamento físico e químico são aplicados para eliminar sólidos particulados, compostos orgânicos e microorganismos nocivos. Estima-se que apenas uma ETA produza cerca de 100 mil toneladas de lodo por ano como resíduo desse processo (AHMAD; AHMAD; ALAM, 2016; CHIANG et al., 2009).

Quando descartado na natureza, esse resíduo, nomeado como lodo de tratamento de água (LETA), causa impactos ambientais que afetam a qualidade da água e a saúde de animais e seres humanos. Embora tenham sido criadas legislações para evitar o descarte inadequado, o descarte de LETA em corpos hídricos ainda é a forma mais utilizada (AHMAD; AHMAD; ALAM, 2016; LING et al., 2017).

O problema de descarte de LETA em larga escala tem incentivado estudos que se concentram na busca de opções de utilização para esse resíduo. Neste aspecto, diversas alternativas têm sido reportadas na literatura, como as de Godoy et al. (2019), Martínez-García et al. (2012) e Monteiro et al. (2008), que analisaram a viabilidade do uso de LETA na fabricação de materiais de construção civil; Freitas (2015) e Ooi et al. (2018), que exploraram o potencial de reutilização de alumínio presente no LETA; Kulman (2019), Shalaby et al. (2017), Siswoyo et al. (2019), Wang; Zhu; Yin (2008) e Zhang et al. (2013b) que avaliaram o potencial do LETA na produção de carvão ativado de lodo para o tratamento de corpos hídricos contaminados com metais e corantes.

Os lodos residuários são divididos em LETA, lodo de esgoto e lodo industrial, e, de modo geral, apresentam alto teor de carbono na sua composição (XU; YANG; SPINOSA, 2015). Devido a esta característica, diversos estudos foram realizados para avaliar a sua utilização como matéria prima na produção de materiais adsorventes (DEVI; SAROHA, 2017; DING et al., 2012; DJATI-UTOMO et al., 2013; PUCHANAROSERO et al., 2016; ZAINI et al., 2013; ZHANG et al.,2019).

A contaminação de cursos d’água tornou-se um problema sério nos últimos anos devido aos resíduos das indústrias têxtil, de papel, alimentícia e farmacêutica (SISWOYO et al., 2019). Neste aspecto, destaca-se o corante têxtil azul de metileno que tem sido objeto de diversos estudos devido a sua complexa degradação no meio ambiente e alta toxicidade quando não realizado o seu adequado descarte (MACEDO et al., 2006; MAHMOUD et al., 2012; MORADI, 2014; OLIVEIRA; SILVA; VIANA, 2013; SILVA, 2019; SOUZA; DOTTO; SALAU, 2019).

A literatura acerca da adsorção de compostos farmacológicos no tratamento de efluentes é relativamente escassa, em comparação aos estudos direcionados à adsorção de corantes em corpos hídricos (SILVA, 2015). Atualmente, os componentes farmacológicos estão listados na literatura como “contaminantes emergentes”, devido a sua persistência no meio ambiente e alta atividade biológica. A permanência destes contaminantes em corpos hídricos pode causar perda da biodiversidade, aparecimento de superbactérias, infertilidade e câncer humano (ANDERSSON; HUGHES, 2012; CALDERÓN-PRECIADO; MATAMOROS; BAYONA, 2011; HESSWILSON; KNUDSEN, 2006).

Deste modo, o presente trabalho se justifica por propor uma alternativa para utilização do LETA como matéria prima na produção de carvão ativado de lodo, visando sua aplicação no tratamento de efluentes através da remoção do corante azul de metileno e do anti-inflamatório nimesulida.

Autor: Alaor Valério Filho.

Carvão ativado de lodo


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