ÁREA: Iniciação Científica
TÍTULO: PRODUÇÃO DE ADSORVENTES CARBONÁCEOS A PARTIR DE LODO DE ESGOTO SANITÁRIO
AUTORES: FONSECA, F.C (UTFPR) ; ASSIS, L.M (UTFPR)
RESUMO: A tecnologia de carbonização em forno de microondas foi utilizada para a produção de adsorventes carbonáceos de lodo de esgoto sanitário. Para fins comparativos a carbonização foi realizada em forno convencional baseando-se em MOCELIN (2007). Os experimentos forneceram informações sobre quais variáveis controláveis que mais interferem na porosidade do adsorvente (tempo e tipo de aquecimento, tipo de ativante e adição de amido de mandioca) permitindo assim, fixar níveis de operação para posterior trabalho experimental com menor número de variáveis, simplificando os procedimentos e reduzindo custos. O melhor adsorvente produzido foi o Lcm(ZnCl2/ARARUTA) num tempo de residência de 45 minutos. Novos trabalhos deverão testar seu posterior emprego no tratamento de águas residuárias industriais.
PALAVRAS CHAVES: lodo de esgoto, forno de microondas, química verde (green chemistry)
INTRODUÇÃO: Nos últimos anos rapidamente o lodo de esgoto está sendo gerado, sua disposição final é agora um assunto de grande preocupação. As alternativas tradicionais de disposição: landfarming, uso agrícola, aterro sanitário e incineração, são caras e constituem um delicado problema ambiental devido aos restritos padrões de qualidade ambiental (FAN et al, 2007). Diante das novas perspectivas globais de desenvolvimento sustentável, os processos de reciclagem têm sido amplamente favorecidos e suscitaram a pesquisa e aplicação de soluções como a pirólise. O lodo de esgoto, como a maioria dos resíduos orgânicos, contém uma grande quantidade de material volátil e por isso representa um recurso valioso, que pode ser convertido em produtos úteis, se submetido a um tratamento adequado. A pirólise do lodo de esgoto produz óleos e gases, que podem ser usados como combustíveis. Adicionalmente, origina um resíduo sólido carbonáceo apropriado para produzir adsorventes baratos. Estes adsorventes podem ser obtidos por ativação com vapor d’ água, dióxido de carbono, ácido fosfórico, ácido sulfúrico, cloreto de zinco, dentre outros (INGUANZO et al, 2001). Há relativamente poucos estudos na preparação de carbono ativado pelo aquecimento por microondas, entretanto a energia de microondas foi utilizada com sucesso em sínteses orgânicas, inorgânicas e exige menos energia do que os processos convencionais. O problema chave é que os precursores do carbono ativado não são bons receptores da energia de microondas (WANG et al, 2009). Este trabalho trata da produção de adsorventes carbonáceos de lodo de esgoto sanitário em forno de microondas.
MATERIAL E MÉTODOS: Inicialmente foi preparado o material a ser carbonizado misturando-se (a) 21,0g de lodo úmido calado coletado na Estação de tratamento de Esgoto – Belém e 10mL de solução ativante 4mol/L; (b) 21,0g de lodo úmido calado coletado na Estação de tratamento de Esgoto – Belém, 5,0g de amido de mandioca e 10mL de solução ativante 4mol/L. Em seguida, a pirólise foi realizada em vasos de teflon inseridos em um forno de microondas doméstico, utilizando potência máxima 278,9W, na presença de vapor de água. Foram estudadas diferentes condições (a) tempo de reação (30, 45, 60minutos), (b) agente de ativação (ácido fosfórico, ácido sulfúrico, cloreto de zinco) e (c) presença de amido de mandioca.
Os experimentos de pirólise em forno convencional foram realizados baseando-se nos melhores resultados obtidos por MOCELIN (2007), permitindo assim otimizar a condição de trabalho, reduzindo o número de experimentos. A pirólise foi realizada na presença de dióxido de carbono, em tempo de residência de 60minutos, utilizando um equipamento constituído fundamentalmente de um reator fechado com capacidade de 50mL acoplado a um forno operando a 700°C.
Os adsorventes produzidos foram lavados com água deionizada (±40°C) até a neutralidade, secos em estufa a 120±5°C, moídos e peneirados em malha de 48 mesh. Posteriormente, os adsorventes e o lodo de esgoto in natura foram caracterizados por ensaios estabelecidos para o carvão ativado - ASTM (índice de iodo e retenção de azul de metileno com concentração de 600mg/L).
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A Figura 1 apresenta os resultados dos ensaios de adsorção de iodo e azul de metileno no lodo e nos adsorventes carbonáceos (Lc), produzidos sob condições variadas, em a) forno de microondas (Lcm)e b) forno convencional (Lcc). A pirólise das amostras Lcm(H3PO4), Lcm(H3PO4/ARARUTA), Lcc(H3PO4) e Lcc(H3PO4/ARARUTA) mostrou-se insatisfatória. Nas duas primeiras não ocorreu a completa carbonização do precursor e nas duas últimas ao serem lavados os adsorventes ambos lixiviaram, indicando a necessidade de novos experimentos. As amostras de adsorventes Lcm(H2SO4/ARARUTA), Lcm(ZnCl2/ARARUTA), Lcc(H2SO4/ARARUTA), Lcc(ZnCl2/ARARUTA) apresentaram coloração preto brilhante, aspecto poroso e certo estufamento, visto que o material amiláceo ao se degradar libera dióxido de carbono, que ao ser expulso promove a criação de novos poros, conforme já descrito por ANDRADE (2008).
O efluente de lavagem dos adsorventes Lcm(H2SO4/ARARUTA), Lcm(H2SO4) apresentaram-se bem ácidos, com pH 2. Para completa neutralização do adsorvente foram gastos 6L de água. Para os adsorventes Lcm(ZnCl2) e Lcm(ZnCl2/ARARUTA), o efluente de lavagem apresentou-se neutro, demonstrando-se satisfatória essa ativação sob a ótica ambiental. Em se tratando dos adsorventes Lcc(H2SO4/ARARUTA), Lcc(H2SO4), Lcc(ZnCl2) e Lcc(ZnCl2/ARARUTA), resultaram do processo de lavagem efluentes neutros dos dois primeiros e com pH 5 dos dois últimos, sendo gastos 2L de água para a neutralização.
Os adsorventes produzidos em forno de microondas apresentaram melhores características de porosidade (microporosidade e mesoporosidade) quando comparados com os adsorventes produzidos em forno convencional, conforme observado por MENÉNDEZ et al, (2005), que verificou ainda, maior redução do volume do resíduo e maiores áreas superficiais.
CONCLUSÕES: Foi possível verificar a viabilidade técnica da produção de adsorventes carbonáceos de lodo de esgoto sanitário empregando a tecnologia de pirólise em forno de microondas. Através dos experimentos de carbonização pode-se observar que tempo e o tipo de aquecimento, o tipo de ativante e a adição de amido afetam significativamente a microporosidade e a mesoporosidade. O melhor adsorvente produzido foi o Lcm(ZnCl2/ARARUTA) num tempo de residência de 45 minutos. Novos trabalhos deverão testar o seu posterior emprego no tratamento de águas residuárias industriais.
AGRADECIMENTOS: À Companhia de Saneamento do Paraná (SANEPAR), ao Departamento Acadêmico de Química e Biologia (DAQBI) e à Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR).
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ANDRADE, R.A.S., Emprego de xisto cru e retortado na obtenção de adsorventes ativados. PIBIC, 2008.
FAN , X.; ZHANG,X., Adsorption properties of activated carbon from sewage sludge to alkaline-black. Science Direct, 2007.
INGUANZO, M., MENÉNDEZ, J.A., FUENTE, E, PIS, J.J., Reactivity of pyrolyzed sewage sludge in air and CO2. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, Volumes 58-59, 1 April 2001, Pages 943-954.
MENÉNDEZ, J.A.; DOMINGUEZ, A., INGUANZO, M.; PIS, J.J, Microwave-induced drying, pyrolysis and gasification (MWDPG) of sewage sludge: Vitrification of the solid residue. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, Volume 74, Issues 1-2, August 2005, Pages 406-412.
MOCELIN, C., Pirólise de Lodo de Esgoto Sanitário: Produção de adsorvente e óleos combustíveis. Mestrado, 2007.
WANG, T., TAN, S., LIANG, C., Preparation and characterization of activated carbon from wood via microwave-induced ZnCl2 activation, 2009.
