ÁREA: Iniciação Científica
TÍTULO: PIRÓLISE DE LODO DE ESGOTO EM FORNO DE MICROONDAS, VISANDO A OBTENÇÃO DE ADSORVENTES CARBONÁCEOS.
AUTORES: FONSECA, F.C. (UTFPR) ; ASSIS, L.M. (UTFPR)
RESUMO: Este trabalho trata da produção de adsorventes carbonáceos de lodo de esgoto sanitário em forno de microondas. Os experimentos foram realizados seguindo um planejamento fatorial em que as variáveis consideradas foram (a) tempo de reação, (b) agente de ativação e (c) presença de amido de mandioca. Objetivou-se assim determinar os melhores parâmetros para produção dos adsorventes carbonáceos. Pode-se observar que o aumento do tempo de carbonização, a mudança do ativante ácido sulfúrico pelo ativante cloreto de zinco e a adição de amido afetam positivamente a microporosidade, enquanto que para a mesoporosidade, a mudança do ácido sulfúrico pelo cloreto de zinco, tem efeito negativo. A pirólise possibilitou obter adsorventes carbonáceos de baixo custo com diferentes características adsortivas.
PALAVRAS CHAVES: lodo de esgoto, adsorvente carbonáceo, microondas
INTRODUÇÃO: Nos últimos anos grandes investimentos tem sido realizados no Brasil, visando à ampliação do serviço de tratamento de esgoto e com isto rapidamente o lodo de esgoto vem sendo gerado. Em Curitiba, diariamente 80 toneladas de lodo de esgoto por habitante são obtidas. O gerenciamento do lodo de esgoto é um processo de grande complexidade, que deve ser analisado sob uma ótica abrangente, implicando em uma harmonização de procedimentos e pro¬cessos, que liga o funcionamento da estação de tratamento, o processamento e destino final do lodo (AISSE et al., 1999). Novas tecnologias como a da pirólise estão surgindo para a adequada destinação desse resíduo, a fim de evitar eventuais problemas e riscos ambientais. A pirólise é um processo termoquímico que envolve a degradação térmica em atmosfera isenta ou pobre em oxigênio, e pode ser utilizada para transformar a biomassa em produtos de grande interesse. A técnica tem sido estudada como uma alternativa promissora para o lodo, permitindo obter adsorventes com área superficial de 100-400 m2.g-1, que podem ser usados para a remoção dos compostos orgânicos (MARTÍN et al., 2003). Este trabalho trata da produção de adsorventes carbonáceos de lodo de esgoto sanitário em forno de microondas. Atualmente, a técnica de aquecimento através de microondas tem sido aplicada não somente no campo da química analítica, orgânica e ambiental, mas igualmente tem sido explorada para a pirólise, ao passo que são muitas suas vantagens, estando em consonância com os princípios elementares da química verde. Objetivou-se assim determinar os melhores parâmetros para produção de adsorventes de lodo de esgoto sanitário.
MATERIAL E MÉTODOS: Uma amostra contendo 5,0 kg de lodo úmido e calado foi coletada na Estação de Tratamento de Esgoto Belém e, gentilmente fornecida pela SANEPAR (Curitiba/PR). Após a determinação do pH (9,5), umidade (79,0%) e cinzas (45,2%), o lodo foi acondicionado em sacos de polietileno e armazenado sob refrigeração, até seu uso como precursor na síntese do adsorventes.
Após os ensaios preliminares de carbonização do lodo de esgoto em forno de microondas doméstico, com potência máxima calculada de 278,9W, as condições de síntese dos adsorventes foram estabelecidas. Um planejamento fatorial 2^3, foi utilizado, visando a determinação das melhores condições para a obtenção de adsorventes com elevadas microporosidade, determinada pela retenção de iodo (mg iodo/g adsorvente), e mesoporosidade, determinada pela retenção de azul de metileno – A.M. (mg azul de metileno/g adsorvente). Os experimentos foram realizados randomicamente e as variáveis consideradas foram (a)tempo de reação (t=30 e 45 minutos); (b) agente de ativação (at=ácido sulfúrico, cloreto de zinco) e (c) presença de amido de mandioca (araruta - Ar). As carbonizações das amostras foram realizadas em vasos de teflon de 100 mL, onde preparou-se uma pasta utilizando (a) 21,0 g de lodo úmido e 10 mL de solução ativante 4 mol/L; (b)21,0 g de lodo úmido, 5,0g de amido e 10 mL de solução ativante 4 mol/L, usando a potência máxima, nos tempos de residência estabelecidos, na presença de vapor de água, também utilizado como ativante.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A análise visual dos efeitos estimados para a síntese de adsorventes carbonáceos mostram que os parâmetros analisados influenciam significativamente nas características de porosidade dos adsorventes produzidos. Observa-se que aumento do tempo de carbonização, a mudança do ativante ácido sulfúrico pelo ativante cloreto de zinco e a adição de amido afetam positivamente a microporosidade (Figura 1 - a), incrementando a remoção de iodo em 27,75; 16,25; 51,75 mg Iodo/g adsorvente, respectivamente. A interação de maior significância foi aumento do tempo de carbonização nos adsorventes produzidos com cloreto de zinco, incrementando a remoção do iodo em 42,25 mg Iodo/g adsorvente. Os adsorventes produzidos em forno de microondas, com todos os fatores no nível superior, apresentou maiores capacidades em reter as pequenas moléculas do iodo em sua superfície, indicativo de sua maior microporosidade, obtendo uma melhoria em relação a amostra de lodo in natura de 115%. Quanto a mesoporosidade (Figura 1 - b), a mudança do ácido sulfúrico pelo cloreto de zinco, teve efeito negativo, reduzindo a retenção do A.M. de 9,75 mg/g. A melhoria da mesoporosidade foi observada quando (1) o amido foi adicionado ao adsorvente carbonizado na presença de cloreto de zinco (11,25 mg/g), (2) houve o aumento do tempo de carbonização dos adsorventes contendo cloreto de zinco (8,25 mg/g) e também (3) o adsorvente continha amido (7,25 mg/g). A amostra ativada com ácido sulfúrico e carbonizada durante 30 minutos (amostra1), apresentaram um resultado 3% superior ao obtido para a amostra ativada com cloreto de zinco aditivado com amido e carbonizada durante 45 minutos. A melhoria em relação a amostra de lodo in natura, foram de 126,1% e 121,7%, respectivamente.
CONCLUSÕES: O planejamento e a otimização dos experimentos de pirólise em forno de microondas possibilitaram a obtenção de adsorventes carbonáceos de lodo de esgoto sanitário com diferentes características, que poderão ser utilizados no tratamento de águas residuárias. Tal processo poderá contribuir para a destinação adequada desse resíduo, conferindo-lhe valor comercial.
AGRADECIMENTOS: À Companhia de Saneamento do Paraná (SANEPAR) e ao Departamento Acadêmico de Química (DAQBI/UTFPR).
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: AISSE; M. M; FERNANDES, F.; SILVA, S. M. C. P. Reciclagem de Biossólidos – Transformando Problemas em Soluções. SANEPAR, FINEP, Curitiba, 999.
MARTÍN ,M. J., SERRA, E., R.A., BALAGUER, M. D., RIGOLA, M. Activated carbons developed from surplus sewage sludge for the removal of dyes from dilute aqueous solutions. Chemical Engineering Journal 94, 2003- 231-239 p.
