TRATAMENTO DE EFLUENTES INDUSTRIAIS: TÉCNICAS DE ADSORÇÃO E APLICAÇÃO DE DIFERENTES ADSORVENTES CALCINADOS
ISBN 978-85-85905-25-5
Área
Ambiental
Autores
Heidtman, H. (CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ/UFPA) ; Franco, L.N. (CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ/UFPA) ; Souza, L.P. (CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ/UFPA) ; Alencar, V.G. (CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ/UFPA) ; Costa, V.A. (CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ/UFPA) ; Nunes, C.S. (CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ/UFPA) ; Araújo, A.S. (CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ/UFPA) ; Castillo, A.S. (CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ/UFPA) ; Sales e Souza, D.E. (FACULDADE DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL/UFPA)
Resumo
Os poluentes derivados das grandes industrias são responsáveis por problemas que causam transtornos ao meio ambiente e afetam a saúde das pessoas. Existem diversas alternativas para que esses poluentes sejam tratados, como a utilização de materiais naturais que podem servir como adsorventes. Focando em objetivos principais – adsorções de corantes, fármacos e metais- traço – o trabalho buscou apresentar uma revisão bibliográfica dos estudos disponíveis, de modo a realizar um levantamento de materiais que possam ser adsorventes, além de sua finalidade, o procedimento experimental e os resultados encontrados. Foram analisados 10 estudos, cujos resultados identificados foram, em sua grande maioria, bastante satisfatórios, mostrando que há um grande potencial adsorvente em produtos naturais.
Palavras chaves
Meio Ambiente; Carvão ativado; Poluentes
Introdução
O desenvolvimento industrial é responsável por diversos problemas ambientais, pois os seus efluentes gerados são causadores de transtornos ao equilíbrio do ecossistema, além de aumentar os riscos à saúde das pessoas devido o lançamento de poluentes não tratados adequadamente (NOVAIS et al, 2018). Pinto et al, (2012) afirmam que o aumento expressivo no volume de resíduo industrial, coloca em risco a capacidade de autodepuração do ambiente. Além disso, Bryan e Langston (1992) alertam para sintomas ocasionados por níveis elevados de contaminação por cobre de efluentes industriais, como vômito, diarreia, cólica estomacal e náuseas. O não cumprimento aos padrões de lançamentos de efluentes estabelecidos pela Resolução CONAMA 357/05 c/c CONAMA 430/11 acarretam em sanções penais e administrativas derivadas de condutas e atividades lesivas ao meio ambiente dispostas na lei nº 9605 de 1998, além de impactos ambientais e riscos à população. Devido a necessidade do tratamento aos efluentes antes de sua disposição final, existem métodos e tecnologias viáveis para adequação aos padrões estabelecidos, como a precipitação, filtração por membrana/osmose, eletrodeposição, troca iônica, oxidação/redução e adsorção, sendo a adsorção a operação de separação mais efetiva no tratamento de águas contaminadas (LIU et al, 2007; ELMOUBARKI et al, 2015). Os usos de carvões ativados para adsorção por produção comercial ou a partir de resíduos de biomassa são alternativas ambientalmente viáveis e econômicas. Diversas pesquisas utilizando resíduos de caroço de açaí, bagaço de cana-de-açúcar, casca de arroz, entre outros, já foram produzidas e aplicadas na adsorção de metais-traço ou corantes em simulações de efluentes industriais. (ACIOLY et al, 2018; PAZ et al, 2015; RODRIGUEZ et al, 2012). Diante disso, visando oferecer uma pesquisa qualitativa indireta, o objetivo deste estudo foi avaliar a aplicação e eficiência de carvões provenientes de aproveitamento de resíduos sólidos ou de produção comercial para uso como adsorventes, por meio de uma pesquisa na literatura e apresentação de resultados de trabalhos anteriores.
Material e métodos
Para realização do estudo buscou-se na literatura referências e produções relativas a materiais com grande capacidade de adsorção, mais precisamente, adsorventes calcinados, com o intuito de entender melhor seu funcionamento, assim como sua produção, aplicação e eficiência. Usou-se palavras-chave como adsorventes, carvões ativados e efluentes industriais para ampliar a busca de fundamentação e assim, prosseguir com a elaboração da pesquisa de revisão. Desse modo, optou-se por focar em objetivos específicos: Adsorção em corantes, fármacos e metais-traço. Os três foram escolhidos por meio de alguns critérios como, por exemplo, os riscos que os poluentes podem trazer e os benefícios que se pode alcançar ao tratá-los: a) Os corantes, provenientes das indústrias têxteis, podem ser cancerígenos, mutagênico, teratogênico e tóxicos para humanos, peixes e microrganismos (ALJEBOREE et al, 2014). b) A presença de produtos farmacêuticos foi detectada em efluentes de muitos países, em águas superficiais, águas do mar, águas subterrâneas e até mesmo águas potáveis. E embora os efeitos tóxicos devido à disposição do fármaco no meio ambiental não sejam amplamente conhecidos ou estudados, é possível afirmar que, em alguns casos, podem causar efeitos agudos em organismos aquáticos, além de efeitos crônicos e agudos em animais e humanos. (FENT et al, 2006). c) Segundo Muniz e Oliveira Filho (2006), outro fator que afeta a qualidade do meio ambiente e pode constituir riscos de intoxicação ao homem, é a poluição do solo e dos sistemas aquáticos por meio de metais-traço. Portanto, é muito importante que, após conhecer e avaliar os diversos riscos que estes componentes possam trazer para os seres vivos, busquem-se alternativas para amenizar seus impactos. Por fim, foram analisados 10 estudos de diversos autores, relacionados aos temas abordados nos itens a, b e c. De cada estudo, retirou-se alguns pontos principais: 1) Material adsorvente utilizado; 2) Finalidade; 3) Procedimento experimental; 4) Resultados alcançados.
Resultado e discussão
CORANTES:
Para análise de estudos que buscavam a remoção de corantes, a pesquisa
identificou trabalhos que utilizam carvão ativado (CA) para adsorção de
corantes como azul de metileno (AM) e verde malaquita (VM).
Acioly et al, (2018), utilizaram o CA do endocarpo do açaí como
adsorvente com uma concentração do corante que teve o pH ajustado com NaOH e
H2SO4 0,1mol.L-1, buscando estudar a
influência do pH inicial das soluções e a agitação do sistema sobre a taxa
de remoção da cor com o software Statistica 8.0.
Verificou-se a importância da carga da superfície do adsorvente, onde o pH
da solução sugere predisposição dessa superfície a ser carregada
positivamente ou negativamente. Desse modo, o estudo mostra a relação entre
o pH com a remoção do AM. Os resultados encontrados totalizaram 95% de
confiabilidade, indicando potencial do CA do endocarpo do açaí como
adsorvente de corantes.
Em estudos semelhantes para adsorção de AM como de Heylmann (2015) e Lima
et al, (2018) também foi comprovada a eficiência de carvões ativados
produzidos do caroço de pêssego e casca de timbaúva, respectivamente. O
carvão produzido a partir do caroço de pêssego teve capacidade de adsorção
máxima em 73,18mg.g-1 do corante, e o carvão da casca de timbaúva
também se mostrou eficiente e se ajustou aos modelos matemáticos de pseudo-
segunda ordem no ensaio de cinética.
Lacerda et al, (2017), buscando analisar o potencial de remoção do
corante VM, utilizaram um protótipo de filtro com leito fixo de carvão
ativado comercial e lã de vidro de 60cm. Os testes foram realizados com
tempo e concentração única do corante de 10min e
7,5x10-3g.L-1, respectivamente, mas com vazões
diferentes, e estenderam-se até o momento em que não houvesse alteração de
cor na solução.
O estudo do filtro levou em conta o tempo de ruptura e saturação da coluna
filtrante, até o momento em que os níveis determinados de concentração
superassem os níveis permitidos da Resolução CONAMA 357/2005. Com isso, os
autores perceberam que com a menor vazão, o filtro absorvia 0,107mg.g-1
de corante, alcançando 52,3% de eficiência. Os autores justificam o
melhor desempenho da menor vazão em virtude do tempo de contato com o leito
filtrante.
FÁRMACOS:
Em relação aos compostos fármacos, buscou-se pesquisas sobre a remoção do
antibiótico ampicilina e o analgésico paracetamol.
Vecchio et al, (2018), tiveram como objetivo determinar as condições
mais adequadas de tempo e concentração de sólido para o processo de adsorção
de ampicilina em solução aquosa, utilizando o carvão ativado comercial como
adsorvente e determinar os parâmetros de equilíbrio com a construção de uma
isoterma de sorção.
O estudo baseou-se nas especificações do reagente e do sólido adsorvente, o
carvão ativado comercial onde houve a diluição das soluções em água
destilada variando suas concentrações e, posteriormente, depositado em
frascos e agitados realizando os ensaios de adsorção. O tempo de residência
foi estipulado a partir das variações do tempo em valores pré-indicados e
para a determinação da concentração de sólido adsorvente, realizou-se
experimentos com diferentes concentrações de carvão ativado de acordo com o
tempo de residência estabelecido.
Os resultados obtidos evidenciaram as ótimas condições do carvão ativado
comercial na remoção do composto fármaco ampicilina, obtendo um índice de
89% de remoção, apresentando a melhor concentração do adsorvente de
10g.L-1, e um tempo de residência de 120min. O modelo que melhor
se ajustou foi o de Langmuir.
Haro (2017) também estudou a adsorção de ampicilina com carvão ativado
comercial e identificou a influência direta do pH na capacidade de remoção
do fármaco, onde o pH 6,0 apresentou melhores resultados para um tempo de
120min, alcançando 90% de eficiência.
Já Severo et al, (2018), utilizaram o carvão ativado comercial do
coco babaçu como adsorvente para remoção do composto fármaco Paracetamol. Os
experimentos com o carvão ativado do coco de babaçu foram colocados sob
agitação e a uma temperatura ideal, em cinco condições de pH que foram
ajustados com as soluções de NaOH e HCl 0,5mol.L-1 até atingir o
equilíbrio.
Após determinar o melhor pH, os ensaios de adsorção foram realizados em
quatro concentrações diferentes a fim de construir uma isoterma de adsorção.
Foram utilizados pacotes computacionais para a construção da isoterma de
adsorção e a determinação dos parâmetros foi baseado no que melhor se
ajustaria adequadamente. Os modelos utilizados pelo estudo foram de
Freundlich, Langmuir e Sips.
A partir dos resultados obtidos, observou-se que há um potencial do carvão
ativado do coco de babaçu como adsorvente diante da sua área superficial
considerada elevada e a morfologia das partículas possuírem muitas
cavidades. Foi observado que os modelos de Langmuir e Sips melhor se
ajustaram aos dados experimentais, pois apresentaram uma isoterma mais
adequada do carvão ativado de babaçu que obteve a capacidade de adsorção
máxima de 245,37mg.g-1.
Em outro estudo, utilizando carvão de resíduos de biomassa, Ferreira et
al, (2018) analisaram a capacidade de adsorção em meio ácido de
paracetamol através de um carvão ativado do coco de Dendê. Relata-se a
influência do pH na adsorção, onde o pH 2,0 apresenta os melhores
resultados, já ao se testar o pH 11,0, acima do ponto de carga zero, o
adsorvente repulsou o fármaco, justificando piores rendimentos devido a
repulsão eletrostática.
METAIS-TRAÇO:
Em relação aos metais-traço presentes em águas naturais, buscou-se examinar
estudos que possuem como objetivo a remoção dos compostos de cobre e chumbo
em corpos de água, através de adsorção em carvão ativado.
Pinto et al, (2012) analisaram o uso do carvão ativado do caroço de
buriti (CACB) para adsorção de íons metálico de cobre. Para a realização dos
ensaios as amostras do caroço foram carbonizadas por um período de três
horas, em seguida, foi submetida a um arrefecimento natural, além de
análises de rendimento e conteúdo voláteis do carvão.
Após os testes, as amostras foram ativadas por um período de uma hora a
800°C e 900°C. Foi aplicado um ensaio preliminar para verificar qual a
temperatura mais adequada, observou-se que a adsorção atômica para o CACB a
900°C (97,35%) indicou melhor eficiência. Logo após, foram utilizados testes
nos parâmetros físicos e físico-químicos para o CACB a 900°C, com intuito de
encontrar as melhores influências de adsorção, as quais foram: diâmetro de
0,595 a 1,19mm; pH igual a 5,18; tempo de 60min; agitação com frequência de
150rpm e concentração do adsorvente a 1 g por 100 mL de solução. O autor
usou os modelos de ajustes de Langmuir e Freundlich. De acordo com os
resultados o CACB mostrou-se eficiente como adsorvente para solução de
cobre(II).
O estudo realizado por Paz et al, (2015) teve como objetivo analisar
o uso do CA produzido do bagaço da cana-de-açúcar para adsorção do chumbo a
diferentes temperaturas. Inicialmente, o resíduo foi limpo e moído para se
obter partículas com diâmetro médio entre 0,5 e 2,0mm. Em seguida, foi
submetido há um processo químico em ácido sulfúrico no intuito de melhorar
as propriedades como adsorvente. Para a realização dos experimentos foram
usadas soluções sintéticas de efluente preparadas a partir do cloreto de
chumbo.
A partir disso, as isotermas de adsorção foram obtidas pelo método do banho
finito baseado no balanço de massa do adsorvato. As análises foram
realizadas nas temperaturas de 30, 50 e 65°C, os dados obtidos foram
ajustados nos modelos de Langmuir e Freundlich. Os resultados dos ensaios
mostraram que o resíduo da cana-de-açúcar, modificado quimicamente, mostrou
se como uma boa alternativa para remoção do chumbo em efluentes industriais,
com destaque para adsorção de 30°C, visto que o modelo de Langmuir melhor
descreveu os dados experimentais.
Conclusões
Utilizar produtos naturais como material adsorvente é uma alternativa muito viável para diminuir os impactos que alguns poluentes podem trazer aos seres humanos e ao meio ambiente, pois são de baixo custo, possuem facilidade em se encontrar e reduzem os problemas ambientais relacionados ao seu descarte. Além disso, os ensaios são simples e eficazes, chegando aos objetivos de diminuir os problemas causados por alguns poluentes e de ser usado como ferramenta de recuperação ambiental. Desse modo, podemos afirmar que os resultados encontrados nos estudos analisados, em sua grande maioria, foram bastante satisfatórios, pois chegaram a um nível alto de eficiência como adsorventes. A partir dos resultados identificados nesse trabalho, é possível afirmar a eficácia de materiais adsorventes de compostos naturais, bem como os já existentes comercialmente. Além disso, ainda existem diversos outros materiais presentes na natureza com potencial de adsorção, ressaltando a necessidade de estudos com novos materiais para adsorção que sejam acessíveis para solucionar problemáticas atuais que devem ser alvo de pesquisas futuras.
Agradecimentos
Referências
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