SÍNTESE DE CARBONO ATIVADO A PARTIR DO LODO DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTOS PARA ADSORÇÃO DE AMÔNIA

ISBN 978-85-85905-19-4

Área

Ambiental

Autores

Santiago, M.S. (IFRN) ; Nunes, R.I. (IFRN) ; Bezerra, D.P. (IFRN) ; Neto, J.D. (UFCG)

Resumo

A poluição ambiental surgiu da expansão e crescimento da população e das indústrias. Com isso muitos estudos estão ocorrendo na área ambiental para se tratar a poluição hídrica. O objetivo deste estudo foi avaliar a adsorção da amônia em carbono ativado – C.A, proveniente de lodo da Estação de Tratamento de Esgotos – ETEs. Foi realizado um estudo cinético utilizando uma solução de 50 mL de amônia de 1 g.L-1, pH 5,2, em contato com 0,1030 g CA sintético proveniente do lodo da ETE, sob agitação moderada e temperatura 25°C. Em intervalos de tempo de 0 a 150 min foram retiradas alíquotas do sobrenadante e analisadas em espectrofotômetro UV/Vis, em comprimento de onda de 300 nm. O C.A adsorveu a amônia de forma eficiente, reduzindo sua concentração em até 61% após 150 minutos de contato.

Palavras chaves

adsorção; lodo; amônia

Introdução

A poluição ambiental é um fenômeno que surgiu a partir da expansão e crescimento da população mundial além do desenvolvimento de diferentes indústrias. Atualmente, existe uma grande preocupação com a poluição iminente dos recursos naturais gerados por produtos industriais e agrícolas. Esta contaminação tem aumentado consideravelmente nas últimas décadas devido o desenvolvimento não ter sido acompanhado por regulamentos que permitam a prevenção e controle da ação de contaminação e por uma avaliação de impactos ambientais (JALIL, 2010; AGUIAR, 2012). Existem diferentes tipos de poluição, o mais importante são que afetam a base de recursos naturais para a saúde: ar, solo e água. Eles são responsáveis por fenômenos como o efeito estufa, chuva ácida e destruição da camada de ozônio, entre outros. Na maioria dos casos, estes problemas são gerados pelos poluentes de derivados das atividades humanas. Além da poluição da terra e do ar, sua problemática em ecossistemas aquáticos, tema de interesse neste trabalho, é talvez a maior delas, devido a uma escassez generalizada pela população mundial por quantidade de água potável. A contaminação de água é gerada por vários fatores, todos eles relacionados com a má utilização. Atividades industriais e de mineração poluem a água com uma variedade de substâncias de alta toxicidade que limitam a sua utilização posterior. Da mesma forma, a agricultura que é uma atividade que usa a nível mundial 70% dos recursos hídricos superficiais, é também uma das principais fontes de poluição dos recursos hídricos. Utilização de compostos químicos, como fertilizantes, herbicidas e pesticidas filtrados através de solos, causam uma sobrecarga de nutrientes em águas superficiais e águas subterrâneas, aumento da salinidade do solo e o acúmulo de moléculas que pode atingir níveis prejudiciais. As atividades agrícolas e todas as formas de uso da terra (incluindo criação de animais) são responsáveis por diferentes problemas ambientais, tais como a inundações, desertificação, erosão e salinização dos solos (RHOADES et al., 1997; JALIL, 2010). O acúmulo de substância como amônia usado em fertilizantes e pesticidas em geral (ANDRADE et al, 2009; AGUIAR, 2012), substância cuja acumulação pode ser tóxica e afeta significativamente ecossistemas. Essa substância é transportada para os corpos d’água (seja de superfície ou subterrâneo) pelas correntes pluviais e, portanto, a agricultura deve ser considerada como fonte de contaminação e torna-se indispensável estudo devido à dificuldade de medição e controle. Vários processos são usados no controle ambiental, um deles é a adsorção, onde baixas concentrações de poluentes podem ser separadas e reaproveitadas. Há um grande interesse em melhorar o desempenho dos processos de desenvolvimento de materiais que têm características físico ‒ químicas apropriadas, menor custo. Entre os materiais mais utilizados para o controle da poluição ambiental esta o carbono ativado - CA, que, somadas à sua abundância e baixo custo, têm uma química de superfície adequada e as suas propriedades físico-químicas (com sítios ativos de diferentes características), e carga permanente (BEZERRA et al., 2011; BEZERRA et al.,2014). O CA é um adsorvente bastante estudado e utilizado comercialmente. Sua elevada área superficial e seu grande volume de micro e de mesoporos conferem a esse adsorvente uma ampla utilização em diversos processos industriais. Sua preparação consiste na carbonização de uma matéria-prima rica em carbono e posterior ativação física (temperatura e pressão) e/ou química para elevar sua porosidade e, consequentemente, sua área superficial. O CA utilizado nesse artigo foi sintetizado utilizando resíduos da Estação de Tratamento de Esgotos - ETEs obtido do lodo residual da ETEs do Baldo na cidade de Natal - RN. A utilização de material poroso para a adsorção de nutrientes em corpos de água é uma forma economicamente viável, pois é um material de fácil obtenção e que pode ser reutilizado. O CA é um material que pode ser produzido a partir de qualquer material orgânico, e seu rendimento é bem expressivo. Este material por ser de fácil obtenção e de fácil reutilização o faz ser um recurso mais barato para o mercado, além do mais nesse estudo, como foi adsorvido a amônia, o mesmo pode ser reutilizado como adubo para plantações ou até mesmo utilizados em indústrias de cimento nas suas fornalhas. Dentre os principais poluentes estudados no processo de adsorção em CA está a amônia. Nesse contexto, o objetivo deste estudo foi avaliar a adsorção da amônia em CA, proveniente de lodo da Estação de Tratamento de Esgotos – ETEs.

Material e métodos

a) Síntese Na síntese de carvões ativados seguiu a metodologia sugerida por (RIOS, 2009), o precursor (lodo da ETEs) é inicialmente triturada e peneirada para a obtenção de um tamanho de partícula de aproximadamente 2 mm. A matéria- prima é lavada com água destilada. Todo o material é então secado de tal forma que a água presente no seu interior seja eliminada. O processo de ativação/modificação química no caso do lodo de esgoto foi realizado somente a calcinação, pois o material já é rico em produtos químicos que são utilizados no tratamento dos esgotos das residências. Durante o processo o lodo é mantido a temperatura de 450 °C sob uma taxa de aquecimento de 1 °C/min durante 2 horas. Passado este período, as amostras são lavadas com água destilada até se obter um pH próximo de 6. Esta lavagem garante a remoção de boa parte dos produtos químicos que estão presentes no material. O material é então retornado ao forno para a última fase, em que é secado a 100 °C sob uma velocidade de aquecimento de 1 °C/min durante 2 horas. b) Isotermas de adsorção Foi realizado um estudo cinético utilizando uma solução de 50 mL de amônia de pH 5,2 e de concentração 1g.L-1, em contato com 0,1030 g carbono ativado sintético proveniente de lodo da estação de tratamento de esgotos do Baldo, na cidade de Natal - RN, utilizando o método do banho finito a amostra foi mantida sob agitação moderada e temperatura 25 °C. Em intervalos de tempo de 0 a 150 min foram retiradas alíquotas do sobrenadante, centrifugada por 10 min para que o carbono decantasse no fundo do tubo de ensaio e analisadas em espectrofotômetro UV/Vis EVOLUTION 60S, em comprimento de onda de 300 nm.

Resultado e discussão

a) Curva de calibração A construção da curva de calibração foi feita a partir da determinação dos cálculos da diluição da amônia 1g/L que foi realizada, após testes demonstrativos de eficiência para a construção da curva, para valores de 45; 40; e 35mL, sendo essas porções da solução 1g/L diluídas separadamente em 50mL de água obtendo-se respectivas concentrações de 0,9g/L; 0,8g/L; e 0,7g/L; como também respectivos graus de absorbância de 3,155; 2,702; 2,204. O cálculo da curva foi determinado a partir da equação Y= 1,5925+4,755X (em que Y é a absorbância, X é a concentração, 1,5925 é o coeficiente linear e 4,755 é o coeficiente angular). Os resultados finais da curva estão demonstrados no gráfico 1. Gráfico 1 – Curva de calibração da amônia. b) Cinética de Adsorção da amônia Os resultados da capacidade de adsorção da amônia no carbono ativado estão apresentados na Tabela 1. Como pode ser observado, o carbono ativado adsorveu a amônia de forma eficiente, reduzindo sua concentração em até 61% após 150 minutos. Tabela 1 – Valores de concentração da amônia após 150 minutos de contato no carbono ativado sintético. Tempo(min)0;20;60;90;120;150. Concentração(g/L)1;0,96;0,51;0.48;0,43;0,39. É válido ressaltar que a capacidade de adsorção do carbono ativado proveniente de lodo das ETEs utilizado frente à amônia está relacionada principalmente pela interação entre a superfície do adsorvente e o adsorbato, o qual, através das ligações do anel aromático, possui efeito doador de elétrons, o que atribui um caráter básico à sua molécula (GUILARDUCI et al., 2006). Já a superfície do carbono ativado, apresenta muitos grupos funcionais, principalmente de caráter ácido (RIOS et al., 2009). Sendo assim, o carbono ativado sintético é um ótimo material para remoção de amônia em tratamentos de efluentes industriais. No gráfico 2 é possível observar a evolução da remoção de amônia provocada pela adsorção em carbono ativado ao longo do tempo de contato. Figura 2 – Gráfico da Cinética de Adsorção de amônia em Carbono Ativado Sintético. Com o estudo cinético é possível observar que a adsorção ocorre nos primeiros 20 minutos. Posteriormente é mantido um patamar de estabilidade até os 150 minutos observados. Esse dado é importante devido a sua aplicabilidade industrial, que requer agilidade no seu processo.

Curva de calibração da amônia.


Gráfico da Cinética de Adsorção de amônia em Carbono Ativado Sintético.

Conclusões

Os resultados descrevem uma boa funcionalidade que oferece os rejeitos do lodo da ETEs com sua transformação em carbono ativado. Esse rejeito se comportou como excelente matéria prima sendo transformada em carbono ativado de alta qualidade segundo sua aplicação em soluções laboratoriais. A solução de amônia, o qual o carbono ativado proveniente do lodo de esgoto foi aplicado, se mostrou amplamente sensível à ação adsorvente no teste de adsorção. O estudo é de grande importância para o tratamento de resíduos, tanto em nível laboratórios, quanto a nível industrial, tendo em vista que o carbono ativado sintetizado proveniente de lodo das ETEs mostrou-se eficaz na redução significativa de amônia, reduzindo sua concentração em até 61% após 150 minutos de contato.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte e ao Mestrado Profissional em Uso Sustentável de Recursos Naturais.

Referências

AGUIAR, J.E. Remoção De Corantes Têxteis Utilizando Adsorventes Nanoporosos. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Ceará. Fortaleza, Brasil, 2012.
ANDRADE, A.I.A.S.S., STIGTER, T.Y. Multi­method assessment of nitrate and pesticide contamination in shallow alluvial groundwater as a function of hydrogeological setting and land use. Agricultural Water Management 96 (2009) 1751.
BEZERRA, D.P. OLIVEIRA, R.S. VIEIRA, R.S., CAVALCANTE JR., C.L., AZEVEDO, D.C.S. Adsorption of CO2 on nitrogen-enriched activated carbon and zeolite 13X. Adsorption 17 (2011) 235.
BEZERRA, D.P., SILVA, F.W.M., MOURA, P.A.S., SAPAG, K., VIEIRA, R.S., RODRIGUEZ-CASTELLON, E., AZEVEDO, D.C.S. Adsorption of CO2 on Amine-Grafted Activated Carbon. Adsorption Science & Technology 32 (2014) 141.
JALIL, M.E.R. Desarrollo de Arcillas Pilareadas con Al a partir de una bentonita natural de la Norpatagonia Argentina para la remoción de Tiabendazol. Dissertação (Mestrado) – Universidad Nacional de San Luis. San Luis, Argentina, 2010.
RHOADES, J.D., LESCH, S.M., LEMERT, R.D., ALVES, W.J. Assessing irrigation/drainage/salinity Management using spatially referenced salinity measurements. AgriculturalWater Management 35 (1997) 147.
RIOS, R. B.; SILVA, F. W. M.; TORRES, A. E. B.; AZEVEDO, D. C. S.; CAVALCANTE, C. L. Adsorption of methane in activated carbons obtained from coconut shells using H3PO4 chemical activation. Adsorption, 15, 271-277, 2009.