TÍTULO: Construção de um reator em escala laboratorial para tratamento de efluentes sanitários através de reações de precipitação química

AUTORES: Della Flora, F.H. (INSTITUTO FEDERAL DE SANTA CATARINA - IFSC) ; Lira, C. (INSTITUTO FEDERAL DE SANTA CATARINA - IFSC) ; Pereira Carpes Júnior, W. (INSTITUTO FEDERAL DE SANTA CATARINA - IFSC)

RESUMO:Os efluentes sanitários são ricos em compostos fosfatados e seu descarte sem tratamento em corpos d’água contribui para a eutrofização do meio. Uma das formas de se recuperar fósforo a partir de efluentes sanitários é através de reações de precipitação de compostos fosfatados como a estruvita. O objetivo do trabalho foi precipitar estruvita proveniente de efluente sanitário, desenvolvendo para isso um reator em escala laboratorial. Concluiu-se que reações conduzidas em pH 11 e à razão molar 1:1:1 (PO₄³⁺:Mg²⁺: NH⁴⁺) apresentaram melhores resultados na remoção de fosfato. Os rendimentos médios, para a remoção de fósforo total apresentam valores acima de 70%. Com materiais de baixo custo, foi construído um reator em escala laboratorial.

PALAVRAS CHAVES: recuperação; estruvita; fósforo

INTRODUÇÃO:A presença do fósforo desempenha importante função no desenvolvimento vegetal, sendo um dos nutrientes mais requeridos pelas plantas. Em função disso, é um dos principais constituintes dos fertilizantes agrícolas. O fósforo está presente na natureza na forma de fosfatos, constituindo reservas minerais com grande aplicabilidade econômica. Devido à crescente exploração dessas reservas, estima-se que seus recursos estejam esgotados entre 50 a 150 anos (CETEM, 2010) e com isso, medidas alternativas estão sendo avaliadas e aprimoradas com o intuito de recuperar e reutilizar esse elemento em suas várias formas de ocorrência. Sabe-se que o efluente sanitário é rico em compostos fosfatados e que seu descarte sem tratamento em corpos d’água contribui para a proliferação desenfreada de algas. Essa proliferação aumenta o consumo de oxigênio e libera toxinas no meio, um fenômeno conhecido como eutrofização. Assim sendo, a recuperação de compostos fosfatados a partir de efluentes sanitários apresenta importância ambiental relevante. Uma das formas de se recuperar compostos fosfatados a partir de efluentes sanitários e através de reações de precipitação química (MORSE et. al., 1998), como demonstra a equação (1), com formação do composto estruvita: Mg²⁺ + NH₄⁺ + PO₄^2- + 6H2O→ MgNH₄PO₄•6H₂O↓ (1) A estruvita assim formada pode ser utilizada como um fertilizante de baixa liberação. (ZHANG & CHENG, 2009). Com base nisso, o objetivo do trabalho é precipitar estruvita a partir de reações com efluentes sanitários, coletado em estação de tratamento de efluentes do município de Florianópolis, através de reações de precipitação desenvolvendo para isso um reator em escala laboratorial.

MATERIAL E MÉTODOS:As amostras de efluente sanitário foram coletadas na corrente de esgoto bruto, não tratado, na Companhia Catarinense de Águas e Saneamento. Após coletadas, as amostras foram caracterizadas usado o método colorimétrico que usa o ácido ascórbico como agente colorante (CLESCERI, S.; et al), utilizando leitura em espectrofotômetro de Ultravioleta Visível, modelo Cary 50 da marca Varian. A partir dos dados obtidos nas análises, foram realizados ensaios de precipitação. As reações foram conduzidas em equipamento Jar Test da marca Nova Ética, modelo 218, com agitação por hélice. Utilizou-se como reagentes para a precipitação: óxido de magnésio (MgO), cloreto de magnésio hexahidratado (MgCl₂.6H₂O) e cloreto de amônio (NH₄Cl). Também adicionou-se hidróxido de sódio para o ajuste de pH. Para otimização dos parâmetros de reação, foram controlados: - razão molar de íons NH₄⁺ e Mg²⁺ - pH da solução - fonte de íons magnésio Os demais fatores foram fixados: - tempo de agitação: 30 min - velocidade de rotação: 200 rpm - tempo de sedimentação: 24 Optou-se por um reator tipo batelada e pela utilização de materiais de baixo custo. Projetou-se um reator com capacidade interna de 10L. Este foi composto por um corpo cilíndrico, fundo cônico, entrada superior lateral para reagentes, saída inferior lateral para o efluente tratado e receptor de fundo para coleta do precipitado. Foi equipado com um motor de 130W de potência, adaptado a um eixo de rotação, com um conjunto de 4 hélices acopladas. Para a montagem do corpo do reator e fundo cônico, utilizou-se tubos e conexões de PVC.O eixo de rotação foi confeccionado em poliamida e as hélices de folhas de PVC. O motor foi adaptado a partir de um eletrodoméstico usado.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:Com relação às análises do efluente coletado, o esgoto bruto apresentou valor de pH = 7. Os teores de fósforo total encontrados oscilaram entre 13 e 24 mg/L. O teor de fósforo dissolvido variou entre 10 mg/L e 19 mg/L, respectivamente. Com base nesses teores pôde-se calcular o rendimento percentual da remoção de fósforo, comparando-se com as concentrações de fósforo após o tratamento de precipitação realizado. A tabela 1 mostra os fatores avaliados e resultados obtidos: Observa-se que os melhores resultados relativos à remoção de fósforo, foram obtidos para pH igual e superior a 10, com rendimentos acima de 90%. Para valores de pH igual a 9, alcançou-se remoção de fósforo total acima de 70%, que também pode ser considerado viável, quando se avalia a necessidade de economia de reagentes como o NaOH e outros sais utilizados para neutralizar o pH do efluente tratado. Obteve-se melhores resultados para razão molar 1:1:1 dos reagentes (PO₄^3-, Mg²⁺, NH₄⁺), respectivamente e utilização de MgO como fonte de íons magnésio. Os parâmetros selecionados foram utilizados para a condução de ensaios no reator construído. Foi obtido um rendimento médio de 74% de remoção de fósforo total. O menor rendimento obtido, quando comparado aos ensaios realizados no Jar Test, deve-se ao sistema de separação precipitado/efluente tratado. O efluente acaba arrastando parte do precipitado que está depositado no receptor de fundo quando retirado pela saída lateral inferior. Estão sendo realizadas alterações na profundidade do receptor de fundo e acréscimo de um registro adicional antes do receptor, após a saída lateral, evitando que parte do precipitado seja arrastada pelo efluente tratado. A figura 1 mostra o reator construído.

Tabela 1

Tabela 1: Fatores analisados nos ensaios de precipitação, com rendimento percentual relativo à remoção de fosfato.

Figura 1

Figura 1: esquema representativo e reator em tamanho real, respectivamente.

CONCLUSÕES:Conclui-se que reações conduzidas em pH 11 e à razão molar 1:1:1apresentaram melhores resultados na remoção de fosfato. O pH, assim como a fonte de magnésio, são fatores de grande influência na obtenção do produto final. Os rendimentos das amostras relativas aos processos 3, 7 e 8 apresentam valores acima de 70%. Com materiais de baixo custo, foi construído um reator em escala laboratorial que apresentou viabilidade para a condução de reações de precipitação para tratamento de efluentes e recuperação simultânea de compostos fosfatados. Futuros estudos avaliarão o precipitado obtido.

AGRADECIMENTOS:

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA:CETEM – Centro de Tecnologia Mineral. Agrominerais para o Brasil. Ecds. Francisco R. C. Fernandes, Adão B. da Luz, Zuleica C. Castilhos. Rio de Janeiro: CETEM/MCT, 2010.

Morse, G., Brett, S., Guy, J., and Lester, J. _1998_. Review: Phosphorus
removal and recovery technologies. Sci. Total Environ, 69–81.

Munch, E., and Barr, K. _2001_. Controlled struvite crystallisation for removing phosphorus from anaerobic digester sidestreams. Water 151 159.

ZHANG, Chao; CHEN, Ynguang. Simultaneous Nitrogen and Phosphorus Recovery from Sludge-Fermentation Liquid Mixture and Application of the Fermentation Liquid To Enhance Municipal Wastewater Biological Nutrient Removal. Environmental Science & Tecnology. V. 43, nº. 16, 2009, p. 6164–6170

CLESCERI, S, Lenore.; et al. Standard Methods for Examination of Water and Wastewater. 424-F Ascorbic Acid Method, 1985.