Uso de zeólitas na remoção de amônio de efluentes da indústria de reciclagem de alumínio

• Ano de defesa: 2013
• Autor(a) principal: Wu, Luis Fernando [UNIFESP]
• Orientador(a): Shinzato, Mirian Chieko [UNIFESP]
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• dARK ID: ark:/48912/0013000022923
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de São Paulo
• Palavras-chave em Português: Zeólita; Amônio; Efluente; Reciclagem de alumínio; Fertilizante de liberação lenta
• Palavras-chave em Inglês: Zeolite; Ammonium; Efluente; Aluminium recycling; Slow-release fertilizers
• Link de acesso: https://sucupira.capes.gov.br/sucupira/public/consultas/coleta/trabalhoConclusao/viewTrabalhoConclusao.jsf?popup=true&id_trabalho=803134; http://repositorio.unifesp.br/handle/11600/48096

O Brasil se destaca como o maior reciclador de alumínio no mundo, no entanto, essa atividade gera um efluente líquido rico em amônia/amônio, que ao ser descartado em corpos d’água locais, pode causar eutrofização e intoxicar algumas espécies aquáticas. Diante dessa problemática, o presente trabalho teve como objetivo estudar o uso de zeólitas naturais no tratamento desse efluente para remover íons amônio e reaproveitar os minerais saturados como fertilizante de liberação lenta. Duas amostras de rocha contendo zeólitas foram estudadas, uma proveniente de Cuba (ZC) e outra do nordeste do Brasil (ZB). Estas amostras, que consistem em arenitos com cimento zeolítico, apresentam composição mineralógica distinta. A ZC é constituída basicamente de zeólitas clinoptilolita (98%) e mordenita (2%), enquanto que ZB é formada de quartzo (72%), estilbita (15%) e esmectita (13%). No entanto, a composição química de ambas é similar (SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3, Na2O, K2O e MgO), apesar de percentuais das espécies serem diferentes. Adicionalmente, ZC apresenta maior área superficial específica e maior capacidade de troca catiônica, quando comparada com a ZB. Antes do emprego das zeólitas como adsorvedores de íons amônio do efluente, foram realizados testes de remoção em batelada de íon amônio (NH4+) pelas zeólitas em soluções sintéticas, para avaliar o efeito do tempo de contato, temperatura, pH, concentração inicial de NH4+ e competição de íons. Observou-se que em 30 minutos o equilíbrio de adsorção foi atingido e que a temperatura não interfere de forma efetiva na remoção do NH4+. No entanto, o pH é um fator determinante na remoção dos íons NH4+, sendo a faixa ideal entre 4 e 8, pelo fato de predominar a forma ionizada da amônia (NH4+). Após os testes com soluções sintéticas, a zeólita ZC (que apresentou melhores resultados de eficiência de remoção de NH4+) foi testada no tratamento do efluente da indústria de reciclagem de alumínio. Esse efluente foi amostrado e analisado durante 1 ano para caracterizar alguns de seus principais parâmetros como pH, condutividade elétrica e concentrações das espécies inorgânicas (N-NH3, Na+ e K+). Os dados levantados neste monitoramento indicaram valores de pH e concentração de N-NH3 acima daqueles estabelecidos pelo CONAMA N°430/2011 para o descarte de efluentes em corpo d’água (concentração de N-NH3 até 20 mg.L-1 e pH entre 5 e 9), além de apresentarem elevadas concentrações de sais dissolvidos (Na+ e K+). A remoção de NH4+ presente no efluente industrial foi realizada em colunas de leito fixo preenchidas com zeólitas. Nesse sistema o efluente da indústria de reciclagem de alumínio foi percolado em condições de fluxo constante até sua saturação com NH4+. Os resultados destes testes revelaram que a capacidade de remoção de N-NH3 pela zeólita é elevada (14,38 mg.g-1) mantendo o pH do efluente abaixo de 9,0 por 4,5 horas, no fluxo constante de 14 mL.min-1, ou seja, dentro dos limites estabelecidos pelo CONAMA N°430/2011. Por outro lado, o estudo também revelou que a presença de outros íons na solução, como o potássio, diminui em até 45% a eficiência de remoção de NH4+ pelas zeólitas. Na presença do sódio, essa eficiência diminui em até 21%. Esse comportamento revela que os sítios de troca da zeólita adsorvem preferencialmente cátions com menor energia de hidratação. Após a saturação das zeólitas com NH4+ testou-se o seu uso como fertilizante de liberação lenta por meio de dois testes, um de lixiviação com água e solução ácida (ácido acético, pH = 4,9) e outro de incubação em solos. Os testes indicaram que o NH4+ é menos suscetível a perdas por lixiviação, uma vez que a extração realizada com água liberou apenas 3% do N-NH3 retido nos poros da zeólita e a solução ácida, 12%. As zeólitas-NH4+, por sua vez, também evita que o NH4+ seja prontamente nitrificado pela ação das bactérias, evitando-se também a acidulação do meio. De modo geral, verificou-se que o uso de zeólitas naturais no tratamento de efluentes industriais, como da reciclagem de alumínio, pode diminuir a concentração de N-NH3 e o pH do meio e, ainda, permitir o reaproveitamento desses minerais saturados com NH4+ como fertilizantes de liberação lenta.