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Utilização de lodo ativado como adsorvente na remoção de Fe (III) de água de abastecimento das indústrias alimenticias – ensaios experimentais e simulação numérica

Resumo: Um dos principais problemas encontrados nas águas de abastecimento da indústria de alimentos da região Oeste de Santa Catarina – Brasil, é a elevada concentração de Fe (III) na etapa final do processo de tratamento. Quando encontrado em concentrações maiores que 0,3 mg.L-1, pode causar sabor adstringente, coloração amarelada e depósitos indesejáveis em tubulações. Dentre várias tecnologias utilizadas, o processo de adsorção vem sendo utilizado e se mostrando bastante eficaz. Assim,neste trabalho, estudou-se a remoção de Fe (III) em solução aquosa a 23ºC em reator batelada com objetivo de obter parâmetros cinéticos e de equilíbrio termodinâmico para posteriormente simular as melhores condições operacionais de uma coluna de adsorção em leito fixo. O modelo de isoterma de adsorção utilizado para descrever o equilíbrio foi o modelo de Langmuir. As equações matemáticas foram implementadas e resolvidas em linguagem de programação FORTRAN. O código computacional foi validado com dados experimentais encontrados na literatura. Na realização da simulação numérica pode-se observar a influência de algumas variáveis de operação, sendo que o aumento da vazão de alimentação, da porosidade do leito e a diminuição da altura do leito fazem com que o adsorvente seja saturado mais rapidamente. De acordo com os resultados, observou-se que o adsorvente estudado mostra-se uma alternativa na remoção de Fe (III) de águas de abastecimento para indústrias alimentícias, deixando em evidência a dupla função que o mesmo apresenta sendo ele oriundo de lodo de tratamento de efluentes industriais.

Introdução: O elevado uso de água de abastecimento industrial tem levado a um extenso motivo de estudo nos últimos tempos. Inúmeras regiões brasileiras apresentam problemas qualitativos em suas águas de abastecimento, relacionados com a presença de sais de ferro. Esse fato é, geralmente, decorrente da dissolução de rochas e minerais, quando há passagem de fluxo de água superficial, pluvial ou subterrânea, sobre as mesmas. No tratamento de águas, em específico o tratamento de águas de abastecimento oriundas de rios presentes no Oeste de Santa Catariana – Brasil, em época de estiagem, não se consegue retirar todo Fe (III) solúvel presente na água com tratamentos primários. Porém, a remoção dos metais, na forma de óxidos, hidróxidos, carbonatos ou sulfatos, realizada pela adição de coagulantes, apresenta algumas desvantagens, como a precipitação ineficiente se os metais estão complexados ou na forma de ânions, a limitação da concentração do metal remanescente devido à solubilidade, grande quantidade de lodo gerada após a decantação e necessidade de uma posterior filtração para remoção dos sólidos suspensos e clarificação da água tratada. Segundo Mohan e Chander, a exposição humana aguda ao ferro caracteriza-se por hemorragia, disturbios gastrointestinais, pneumonia, convulsões, coma e icterícia. De acordo com Ostroski et al., uma vez encontrado em concentrações maiores que 3 mg.L-1, o Fe (III) pode causar transtornos relevantes aos seus usuários, sendo dentre outros, sabor adstringente na água, depósitos não desejáveis emtubulações e influência negativa sobre alguns métodos de tratamento industrial como, por exemplo, a oxidação do íon quando a água é submetida ao processo de cloração com objetivo antimicrobiano, formando assim uma coloração amarelada interferindo no processamento de diversos tipos de alimentos. Para tanto, é conhecido que o processo de adsorção pode ser utilizado para remoção de contaminantes em soluções aquosas, sendo o carvão ativado o mais utilizado. Contudo, para Vasques et al. , seu uso foi reduzido à utilização para grande escala devido ao alto custo sabendo-se que muitas pesquisas estão sendo feitas para desenvolvimento de adsorventes alternativos com viabilização dos custos. Os adsorventes podem ser obtidos de diversas fontes e, no presente trabalho, utilizou-se lodo ativado oriundo dos tratamentos biológicos de efluentes de indústrias têxteis dando grande ênfase ao apelo ambiental apresentado no mundo hoje. Através do processo de adsorção podemos remover o Fe (III) da água de forma efetiva. Segundo Ruthven, ao determinar-se o equilíbrio de adsorção obtemos algumas informações importantes. É possível determinar como o adsorvente efetivamente adsorverá o soluto, bem como uma estimativa da quantidade máxima de soluto que o adsorvente adsorverá, e informações que determinam se o adsorvente pode ser economicamente viável para a purificação do líquido. A cinética de adsorção descreve a velocidade de remoção do soluto, sendo dependente das características físicas e químicas do adsorbato, adsorvente e sistema experimental. Com a obtenção dos dados cinéticos e de equilíbrio de adsorção pode-se simular numericamente as diferentes condições de operação de uma coluna de adsorção. Nesta pesquisa, a modelagem matemática foi baseada no modelo matemático descrito por Chatzopoulos e Varma. Este é um modelo agrupado de difusão nos poros que considera as resistências de transferência de massa interna e externa à partícula do adsorvente. A modelagem matemática deste processo envolve as equações de conservação da espécie química para a fase líquida e sólida, e suas condições iniciais e de contorno, que descrevem a variação da concentração do soluto no interior da coluna e da partícula em função do tempo e da posição. Neste caso, a concentração na fase líquida do soluto, C (mg.L-1), muda com a posição axial, z, e tempo, t, enquanto a concentração na fase sólida, q (mg.L-1), é adicionada a uma função de posição radial, r, dentro da partícula. Presumindo-se um processo isotérmico devido à elevada capacidade calorífica da água; partículas de adsorvente esféricas e rápida cinética de adsorção intrínseca, o balanço de massa do soluto na fase sólida é dado por (…)

Autores: LILIAN DAIANA HAUPENTHAL; ADRIANA DERVANOSKI DA LUZ; RAQUEL TALITA SEISDEDO; ANDRESSA REGINA VASQUES e CLEUZIR DA LUZ.

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