Remoção de fósforo de efluente utilizando biocarvão de casca de café modificada com magnésio e ferro

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Silva, Laís Miguelina Marçal da
• Orientador(a): Fia, Ronaldo
• Banca de defesa: Fia, Ronaldo, Ferreira, Guilherme Max Dias, Matos, Mateus Pimentel de, Mageste, Aparecida Barbosa
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Lavras
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Engenharia Ambiental
• Departamento: Departamento de Engenharia
• País: brasil
• Palavras-chave em Português: Hidróxido duplo lamelar; Adsorção de fosfato; Remoção de fosfato; Tratamento terciário; Lamellar double hydroxide; Phosphate adsorption; Phosphate removal; Tertiary treatment
• Área do conhecimento CNPq: Tecnologia Química
• Link de acesso: https://repositorio.ufla.br/handle/1/56709

O fósforo (P), apesar de ser um nutriente essencial para o crescimento das plantas, quando em excesso em ambientes aquáticos pode acarretar a eutrofização. Assim, a sua remoção de efluentes líquidos é fundamental para prevenir a contaminação de corpos hídricos. Enquanto os processos convencionais de tratamento de efluentes, normalmente, são pouco eficientes na remoção de fósforo, os biocarvões têm se mostrado muito promissores na remoção deste poluente, especialmente quando modificado quimicamente para aumentar a performance de adsorção. Deste modo, este trabalho teve como objetivo a produção de um compósito de biocarvão a partir de casca de café, modificada com compostos de magnésio e ferro, e sua aplicação no pós-tratamento de efluentes de abatedouro de suínos para remoção de fósforo. A performance do compósito foi comparada com o biocarvão não modificado (BC) e com a mistura de compostos de Mg e Fe (M-Mg/Fe). As condições de pirólise para o preparo dos materiais foram tempo de residência de 2 horas a 480ºC, com taxa de aquecimento inicial de 22,8ºC min-1. Para caracterização dos materiais foram realizadas análises de rendimento, pH, ponto de carga zero (PCZ), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva (EDS). Foram realizados estudos de adsorção de fósforo pelos materiais utilizando solução sintética, avaliando-se o efeito do pH, força iônica, bem como aspectos cinéticos e de equilíbrio de adsorção. A adsorção de fosfato em efluente de abatedouro foi avaliada pelo teste de dosagem do adsorvente e ensaios de cinética de adsorção. Pela análise morfológica, o BC apresentou superfície muito irregular e com esfoliações e poros, enquanto BC-Mg/Fe apresentou uma estrutura rugosa, com a presença de canaletas e depósitos superficiais amorfos. A M-Mg/Fe mostrou a formação de fases cúbicas e camadas sobrepostas. O teste de efeito de pH evidenciou que o BC tem baixa capacidade de adsorção de fosfato, com a maior eficiência observada de 15,7% (pH 12,0), enquanto para BC-Mg/Fe e M-Mg/Fe obtiveram-se 99,3 e 98,8% de eficiência de adsorção, respectivamente, em pH 2,0 e 7,0. A presença de íons cloreto, no teste de força iônica, não influenciou a adsorção de fosfato pelo BC-Mg/Fe e M-Mg/Fe. O modelo de Elovich foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais de cinética para o BC-Mg/Fe e M-Mg/Fe, indicando que a quimissorção pode ser um importante mecanismo na remoção de fosfato por esses adsorventes. O equilíbrio de adsorção para esses materiais foi atingido, respectivamente, após 360 e 600 minutos. A isoterma de Sips foi a que melhor se ajustou aos dados experimentais de BC-Mg/Fe, com capacidade máxima de adsorção (qmáx) estimada de 216,47 mg g-1. Para a M-Mg/Fe, foi a isoterma de Redlich-Peterson, com qmáx de 133,52 mg g-1. Para os ensaios com efluente de abatedouro suíno, a dose de 4 g L-1 de BC-Mg/Fe foi suficiente para remover 97,0% de fosfato presente no efluente, enquanto foram necessárias 6 g L-1 de M-Mg/Fe para remover 96,7% do fosfato. O modelo de pseudo-segunda ordem apresentou um bom ajuste aos dados experimentais de BC-Mg/Fe no estudo com o efluente, enquanto para M-Mg/Fe foi o modelo de Elovich, corroborando que os mecanismos químicos podem ter sido importantes na adsorção de fosfato, sendo alcançado o equilíbrio de adsorção, respectivamente, em 240 e 600 minutos. Assim, a elevada capacidade adsortiva de BC-Mg/Fe e eficiência de remoção de fosfato em efluentes, evidenciaram o potencial deste material para o pós-tratamento de efluentes.