52º CBQ - Precipitação e Caracterização de resíduos fosfatados a partir de efluentes sanitários para uso como fertilizantes agrícolas.

ÁREA: Ambiental

TÍTULO: Precipitação e Caracterização de resíduos fosfatados a partir de efluentes sanitários para uso como fertilizantes agrícolas.

AUTORES: Della Flora, F. (INSTITUTO FEDERAL DE SANTA CATARINA (IFSC)) ; Lira, C. (INSTITUTO FEDERAL DE SANTA CATARINA (IFSC))

RESUMO: Uma das formas de se recuperar fósforo a partir de efluentes sanitários é através de reações de precipitação de compostos fosfatados como a estruvita. O objetivo do trabalho foi precipitar estruvita proveniente de efluente sanitário e caracterizar o precipitado obtido de acordo com sua composição química, e a partir disso avaliar sua potencialidade como fertilizante agrícola. Foram identificadas as fases cristalinas quartzo, estruvita e silicatos de alumínio hidratados. Na análise microestrutural não foi possível caracterizar os cristais de estruvita, mas a análise química identificou a presença de fósforo e magnésio e ausência de metais pesados como cádmio e cromo, indicando assim sua a viabilidade de uso na agricultura.

PALAVRAS CHAVES: estruvita; fósforo; recuperação

INTRODUÇÃO: O fósforo é um elemento essencial para o desenvolvimento vegetal, atuando no metabolismo e desenvolvimento das plantas. Em função disso, é um dos principais constituintes dos fertilizantes agrícolas. Ocorre na natureza sob a forma de jazidas minerais como a apatita (Ca₁₀(PO₄) ₆F₂). Com o crescente desenvolvimento populacional, a demanda de fósforo cresceu de maneira exorbitante, sendo previsto que suas jazidas estejam esgotadas dentro de 50 a 125 anos (CETEM,2010). A partir disso faz-se necessário o desenvolvimento de técnicas que visam obter compostos fosfatados. O esgoto doméstico é rico em fósforo, uma vez que o mesmo está presente no metabolismo humano. Com isso, seu descarte inadequado e sem tratamento em corpos d’água contribui para a proliferação de algas que liberam substâncias tóxicas ao meio, e aumentam a demanda de oxigênio, causando transtornos em toda cadeia trófica aquática, como a eutrofização. Pode-se recuperar compostos fosfatados a partir de efluentes sanitários através de reações de precipitação química (MORSE et. al., 1998), sendo que o produto de uma delas é chamado estruvita. Sua formação está demonstrada na equação 1. Mg²⁺ + NH₄⁺ + PO₄^2- + 6H₂O→ MgNH₄PO₄•6H₂O↓ (1) O composto formado contém além de P, Mg e N em sua estrutura, elementos que se mostram necessários às plantas. Por esse fato a estruvita pode ser utilizada como um fertilizante de baixa liberação (ZHANG & CHENG, 2009), sendo empregada diretamente no solo. O objetivo deste trabalho é precipitar compostos fosfatados oriundos de efluente sanitário, e caracterizar os componentes do precipitado avaliando sua possível utilização na agricultura.

MATERIAL E MÉTODOS: Foram coletadas amostras de efluentes sanitários na corrente de esgoto bruto, não tratado, da Companhia Catarinense de Águas e Saneamento – CASAN -, da cidade de Florianópolis. As amostras de efluente sanitário foram caracterizadas de acordo com o teor de fósforo total e dissolvido, e a partir dos valores obtidos foram realizados ensaios de precipitação de compostos fosfatados num reator em escala laboratorial, utilizando a reação entre os íons fosfato, amônio e magnésio, anteriormente descrita, gerando o composto estruvita. Os ensaios foram conduzidos com pH em 11, controlado pelo acréscimo de NaOH a solução. O precipitado obtido foi separado do efluente residual por decantação e filtração, sendo a umidade residual presente na estrutura removida posteriormente em dessecador a vácuo, uma vez que as amostras não podem ser secas em estufa, pois a amônia é decomposta em temperaturas superiores a 80ºC. Após seca, a amostra foi moída manualmente em almofariz de porcelana, até atingir a granulometria adequada para posterior análise. Depois de transformadas em pó, as amostras foram submetidas a análises de difração de raio-x e microscopia de varredura eletrônica, servindo ambas para identificação dos componentes estruturais do precipitado em questão. Na análise de microscopia de varredura eletrônica as amostras não foram moídas, mas recobertas com ouro para prover superfície condutora necessária à análise. A partir dos resultados obtidos pôde-se identificar os principais constituintes. Nas análises difratométricas foi utilizado um difratômetro Phillips/X'Pert SW, radiação CuKa, passo 0,5 e tempo de passo 1s, intervalo de varredura (2q) de 5 a 90˚. Para a obtenção de imagens da microestrutura e análise química foi utilizado um Microscópio Eletrônico de Varredura Philips/XL30.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: Nas análises de difratometria eletrônica foram identificados os principais picos gerados pelo gráfico, o qual está disponível na figura 1. Observa-se três picos que correspondem a estrutura desejada, os quais estão identificadas pelo código “ES”. No entanto a principal fase cristalina identificada foi a do quartzo (SiO₂). Assim como o quartzo, a presença de compostos aluminossilicatos hidratados também se fez presente, sendo a mesma em função da composição química do efluente sanitário, o qual possui argilas e areia fina em suspensão. Pôde-se identificar o composto caulim (A1), sendo o mesmo um mineral inorgânico, composto por silicatos hidratados de aluminio, com forma cristlalina lamelar de superfície irregular, tendo grande poder de adsorção, o qual é um dos constituintes da argila. O caulim, por possuir forte poder de adsorção continha impurezas relacionadas a sua estrutura, como óxido de ferro e titânio (PEREIRA, 2003), ambos presentes na figura 2. Também se constatou a presença de hidróxido de magnésio, resultante da hidrólise do MgO em meio básico, adicionado a solução como fornecedor de íons Mg²⁺. A presença de ouro deve-se ao recobrimento que a amostra sofreu para a análise. A elevação da base da curva no intervaldo 2θ entre 10 e 30˚ indica a presença de fase amorfa, provavelmente devida à sedimentação de matéria orgânica, juntamente com as fases cristalinas Não foi possível a visualização de cristais com geometria bem definida como demonstrado por (JEONG,Y; KIM J; 2001). Isso se deve a presença de sedimentos de quartzo, aluminossilicatos e matéria orgânica, os quais se depositaram sobre os cristais, impossibilitando a identificação dos mesmos.

Figura 1

Figura 1: Difratograma da amostra precipitada, após tratamento do efluente

Figura 2

Microscopia de varredura eletrônica da amostra precipitada, após tratamento de efluente.

CONCLUSÕES: Observou-se que o produto das reações de precipitação contribuiu para o arraste e sedimentação de diversas outras partículas em suspensão. Foram identificadas as fases cristalinas quartzo, estruvita e silicatos de alumínio hidratados. Na análise microestrutural não foi possível caracterizar os cristais de estruvita, mas a análise química identificou a presença de fósforo e magnésio e ausência de metais pesados como cádmio e cromo. Essas análises sugerem a viabilidade de uso do precipitado como potencial agente fertilizante. Novas análises serão conduzidas para remover os demais sedimentos.

AGRADECIMENTOS:

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: CETEM – Centro de Tecnologia Mineral. Agrominerais para o Brasil. Eds. Francisco R. C. Fernandes, Adão B. da Luz, Zuleica C. Castilhos. Rio de Janeiro: CETEM/MCT, 2010.

MORSE, G., Brett, S., GUY, J., and LESTER, J. Review: Phosphorus
removal and recovery technologies, 1998.

ZHANG, Chao; CHEN, Ynguang. Simultaneous Nitrogen and Phosphorus Recovery from Sludge-Fermentation Liquid Mixture and Application of the Fermentation Liquid To Enhance Municipal Wastewater Biological Nutrient Removal. Environmental Science & Tecnology. V. 43, nº. 16, 2009, p. 6164–6170.

PEREIRA, F. N. Marcelo. Purificação de Caulim por floculação seletiva. Rio de Janeiro: UFF, 2003.

JEON, Y, Koo; KIM, J, Soon; A new method for conservation of nitrogen in aerobic composting process. School of Civil, Environmental and Architectural Engineering. Kumoh National University of Technology. Republic of Korea, 2001.