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Produção de carvão a partir da casca de laranja ativado com cloreto de cálcio (CaCl2) e sua aplicação em tratamento de água contaminada com nitrato (NO3 – )

Resumo

A água para o consumo humano deve respeitar os valores máximos permitidos (VMPs) para os parâmetros estabelecidos no Anexo XX da Portaria de Consolidação n. 5 do Ministério da Saúde e o íon nitrato (NO3 – ) está entre esses parâmetros. A presença deste íon em água de abastecimento é evidência de uma potencial contaminação, pois este íon geralmente é proveniente de resíduos de aterros, efluentes e agrotóxicos. A presença desta substância acima dos (VMPs) confere risco à saúde desencadeando doenças como a “síndrome do bebê azul”. Os íons nitrato são estáveis, solúveis e com o potencial baixo de precipitação ou adsorção, portanto, difíceis de serem removidos usando as atuais técnicas disponíveis. Este trabalho visou o desenvolvimento de um carvão ativado (com cloreto de cálcio) a partir do bagaço da laranja com a finalidade de utilizá-lo especificamente para adsorção de íons nitrato em água para consumo humano. As determinações de nitrato em amostras de água contaminadas foram realizadas através de redução de cádmio em colorímetro HACK DR/890 cedido instituição parceira do projeto que também cedeu as amostras.
Em seguida, as amostras foram filtradas na presença de diferentes formulações do carvão ativado produzidas pelos pesquisadores e, posteriormente, realizadas novas análises para a comparação do teor de nitrato pós e pré-filtração. Uma amostra que continha 8,7 mg/L de teor de NO3 – , após a filtração com formulação de carvão ativado que apresentou com melhor efeito de adsorção, apresentou teor pós-filtração de 4,6 mg/L do íon, perdendo um equivalente de 47,13% da quantidade inicial. O VMP de nitrato em água é 10 mg/L, sendo assim, esse procedimento experimental mostrou-se eficaz para uma amostra de água contaminada com até 18,5mg/L de NO3, reduzindo a concentração do componente para até 9,8mg/L.

Introdução

A água é um dos recursos naturais de grande importância ao desenvolvimento do ser humano, um dos princípios essências à sobrevivência. Somente cerca de 2,5% da água identificada no planeta é doce e no caso de tratamento inadequado, pode ser um dos maiores transmissores de doenças.
No corpo humano a água atua como transmissor para a troca de substâncias e na manutenção da temperatura, com cerca de 70% de sua massa corporal. Portanto, a água deve ter uma qualidade adequada, livre de organismos que podem causar enfermidades e de substâncias orgânicas que provocam efeitos fisiológicos adversos.
A água para o consumo humano deve respeitar os parâmetros estabelecidos segundo a portaria n°. 2.914 do ano de 2011 do Ministério da Saúde (Brasil, 2011). Grosso modo, deve ser livre de Coliformes Totais ou Escherichia Coli, sendo sugerida sua ausência em 100 mL de água, com concentração de substâncias orgânicas e inorgânicas reduzidas (dentro dos valores máximos permitidos). A Organização Mundial da Saúde (OMS) e países afiliados, advertem que os seres humanos têm direito de ter acesso a um suprimento apropriado de água potável. Conforme o relatório “Situação Global de Suprimento de Água e Saneamento – 2000” muita gente não foi beneficiada apesar de extrema dedicação para aprimorar as infraestruturas de abastecimento de água e saneamento, o que traz à tona as discussões sobre os riscos à saúde.
Esses riscos, relativos à água pode provocar doenças e gerar sérias epidemias, em curto prazo (quando contaminadas ou provocadas por elementos químicos ou microbiológicos) ou sendo de médio e longo prazo (quando há anos de água contaminada com agentes químicos como metais ou pesticidas).
Sobre contaminações citamos os efluentes líquidos que contêm elementos de toxidade variada, se referindo à presença de ânions. Por exemplo, aglomeração de nitrato nas águas de abastecimento agrícolas tem provocado um aumento causado pelo uso de resíduos indústrias e sanitários sem tratamentos inadequados. Devido à alta solubilidade em água o nitrato, é hipoteticamente o agente contaminador das águas subterrâneas, ocasionando problemas de distúrbios ecológicos e produção de água potável. Os íons nitrato são estáveis e extremamente solúveis, com o potencial baixo para precipitação ou adsorção do solo. Assim, tornando difícil de remover usando tecnologias de tratamento de água como a filtração.
O íon NO3 – habitualmente decorre em baixos teores nas águas superficiais, podendo atingir concentrações altas em águas utilizadas para o consumo. Embora o nitrogênio ser fundamental ao ecossistema, quando há quantidades exagerada acaba sendo um agente poluente por apresentar qualidades físico-químicas que expande a sua disponibilidade nas águas.
A nível global a produção de nitrogênio pelo homem apresentou um aumento significativo a partir de 1950, frequentemente excedendo em 30% o nitrogênio fixado naturalmente. Devido a sua ampla e diversificada procedência está transformando um problema global o aumento da contaminação das águas por NO3 – . Desta forma, a remoção do nitrogênio tem sido base de várias pesquisas em abundantes países, analisando novas possibilidades de tratamentos de águas contaminadas. Uma alternativa para o tratamento de água e remoção de íons como os nitratos, é o processo de filtração a partir de filtros de carvão ativado.
Basicamente, na natureza há dois tipos primordiais de carvão: mineral e vegetal. Neste trabalho o estudo é direcionado ao carvão vegetal que, no caso desse projeto, foi ativado segundo a metodologia de Haro (2013).
Carvão ativado, carvão ativo ou carbono ativado é uma forma amorfa de carbono, tratado para aumentar suas propriedades de adsorção. Pode ser fabricada a partir de diversos materiais orgânicos tais como madeiras, cascas de coco, carvão mineral, caroços de frutas, resíduos de petróleo, ossos, entre outros. Atualmente as pesquisas descrevem a produção de carvão ativado (CA) a partir de resíduos de frutas, bagaço da cana-de-açúcar, restos de couro, etc.
A respeito da produção, o carvão ativado caracteriza-se por ser um material carbonáceo e poroso, preparado no decorrer de dois processos consecutivos. O primeiro é a carbonização por aquecimento da matéria-prima, temperaturas que podem chegar à 700°C. O segundo é a ativação do carbono, que acontece através de gases oxidantes a temperaturas que altera entre 800 a 900°C. São utilizados amplamente para a adsorção de poluentes em fases líquidas ou gasosas.
A utilização de carvões ativados como adsorventes data de milhares de anos, quando os egípcios por volta de 1.550 a C., empregavam o carvão de madeira para a purificação de agua para fins medicinais. No entanto em 3.750 a C., este já era utilizado na redução de cobre, zinco e estanho na manufatura de bronze e também como combustível doméstico (CLAUDINO, 2003).
O carvão ativado é utilizado em diversas áreas da indústria. As aplicações mais importantes estão direcionadas justamente no tratamento de água, com o propósito de adequá-la aos parâmetros ordenados para o consumo humano, visto que devido a sua porosidade o carvão tem capacidade de purificar a água. Assim removendo odor, mau gosto, coloração, substâncias orgânicas e inorgânicas.
Nesta direção, o presente trabalho visou a produção do carvão ativado a partir do bagaço da laranja. O material foi escolhido com base no que se discorre nos parágrafos que se seguem.
O Brasil é o maior produtor de laranjas no mundo, o Estado de São Paulo favorece com 75% desta produção. De acordo com as estatísticas da FAO (Organizações das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura), no ano de 2012 foi de 68 milhões de toneladas da produção de laranja.
O suco de laranja é uma bebida à base de frutas consumida no mundo. As extrações de suco, muitos dos resíduos que pode provocar problemas ambientais, como sementes, polpas e cascas são descartadas. A casca das frutas cítricas é composta pelo albedo, sendo a parte interna (mesocarpo) e pelo flavedo, sendo a parte externa com a coloração (epicarpo). A laranja apresenta 72-86% de água, além de polissacarídeos como a celulose hemicelulose, pectina e açúcares fermentáveis.
Estima-se hoje que para cada quilo de suco produzido é gerado um quilo de bagaço. Portanto, uma proporção de um para um (1:1). Sabe-se que 95% deste bagaço é destinado à produção de ração animal, principalmente para gado. Logo, com todos estes aspectos relacionados, destaca-se a importância de se trabalhar como resíduo de modo a encontrar um destino diferente do qual ele é aplicado, em sua grande parte, de modo que além da diminuição dos impactos ambientais, agregue-se valor ao resíduo.
 
Autores: Lucas Fernandes Domingues, Greice Queli Nardes Cruz, Idel Perpetua de Castro, Isadora Aparecida Archioli, Lorena Cristina Lopes e Maicon Roberto Melo de Oliveira.
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