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https://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/2130
Tipo do documento: | Dissertação |
Título: | Desenvolvimento de biossorvente a partir de lodo anaeróbio granular para aplicação em sistemas de remoção de fosfato e em sistemas para a remoção de íons metálicos |
Título(s) alternativo(s): | Development of a biosorbent from granular anaerobic sludge for application in phosphate removal systems and in systems for the removal of metal ions |
Autor: | SILVA, Marcos Martins |
Primeiro orientador: | RODRIGUEZ, Renata Piacentini |
Primeiro coorientador: | GIRALDI, Tania Regina |
Primeiro membro da banca: | ZAIAT, Marcelo |
Segundo membro da banca: | SANCINETTI, Giselle Patrícia |
Resumo: | A remoção de determinadas classes de poluentes de águas residuárias é ainda um desafio para os projetos de engenharia, como por exemplo, quando o objetivo envolve a remoção de fósforo e de metais. O acúmulo de fósforo no meio ambiente é prejudicial à natureza e às formas de vida aquáticas, sendo as fontes antropogênicas, como as atividades agrícolas e industriais, as principais responsáveis nesse processo. A remoção de fósforo de águas residuárias nos sistemas convencionais de tratamento biológico (lodos ativados ou sistemas anaeróbios) é eficiente, porém, depende de projetos de estações de tratamento de esgoto e/ou efluentes complexas e com custo elevado de operação. Em adição à problemática de acúmulo e remoção de fósforo, estão as águas contaminadas por metais, que quando presentes no meio ambiente acarretam a diversos problemas à natureza e à saúde humana. A adsorção utilizando materiais biológicos como adsorventes (biossorção) tem apresentado resultados satisfatórios para remoção de inúmeros poluentes ambientais, entretanto, poucos trabalhos foram conduzidos utilizando a biossorção para a remoção de fósforo e, no caso de metais, existe ainda uma grande lacuna a respeito de métodos eficientes envolvendo a remoção desse tipo de poluente. Esse trabalho avaliou a biossorção de fósforo e dos metais zinco, níquel e cromo, utilizando pastilhas confeccionadas com lodo anaeróbio granular como biossorventes. A metodologia desse trabalho foi dividida em três fases. A primeira baseou-se na caracterização do lodo anaeróbio granular, desenvolvimento e caracterização da pastilha, e aplicação em sistemas de biossorção de fosfato, zinco, níquel e cromo. A segunda etapa baseou-se na realização de estudos cinéticos e de isotermas de adsorção e a terceira etapa incluiu testes de dessorção do íon fosfato, zinco, níquel e cromo da pastilha. Na caracterização do lodo anaeróbio granular foi observada a alta degradação do mesmo em função da temperatura, com 82,22% de perda de massa em 650°C. A pastilha usada como biossorvente apresentou eficiência entre 70 a 79% na remoção de fosfato para as concentrações 30 a 360 mg/L, em até 144h, e entre 68 e 92,41% para os metais zinco, níquel e cromo após 96h de contato. No caso dos metais, pode-se observar que os valores de eficiência diminuem em função do aumento da concentração de metais na solução aquosa. Mais de um modelo cinético se ajustou aos dados obtidos para a remoção de fosfato o que mostra que o processo de adsorção pode ser controlado por mais de um tipo de mecanismo, para metais, apenas o modelo de pseudo segunda ordem apresentou ajuste satisfatório. Para as isotermas de zinco e níquel, os modelos de ajustes de Langmuir e Freundlich foram bem ajustados, para cromo, o ajuste a tais modelos não ocorreu de maneira satisfatória, porém, o processo de adsorção se mostrou favorável para os 3 metais. O desenvolvimento de pastilhas de lodo anaeróbio granular e sua aplicação em sistemas de biossorção mostrou-se uma rota de interesse ambiental e econômico, com elevadas eficiências de remoção dos poluentes testados. |
Abstract: | The removal of certain classes of pollutants from wastewater is still a challenge for engineering projects, for example, when the objective involves the removal of phosphorus and metals. The accumulation of phosphorus in the environment is harmful to nature and aquatic life forms, and anthropogenic sources, such as agricultural and industrial activities, are primarily responsible for this process. The removal of phosphorus from wastewater in conventional biological treatment systems (activated sludge or anaerobic systems) is efficient, however, it depends on complex and expensive sewage and/or effluent treatment plant projects. In addition to the problem of phosphorus accumulation and removal, there are water contaminated by metals, which when present in the environment cause several problems to nature and human health. Adsorption using biological materials as adsorbents (biosorption) has shown satisfactory results for the removal of numerous environmental pollutants, however, few studies have been conducted using biosorption for phosphorus removal and, in the case of metals, there is still a large gap regarding efficient methods involving the removal of this type of pollutant. This work evaluated the biosorption of phosphorus and the metals zinc, nickel and chromium, using pellets made with granular anaerobic sludge as biosorbents. The methodology of this work was divided into three phases. The first was based on the characterization of granular anaerobic sludge, development and characterization of the pellet, and application in phosphate, zinc, nickel and chromium biosorption systems. The second stage was based on the performance of kinetic and adsorption isotherm studies and the third stage included tests of desorption of the phosphate ion, zinc, nickel and chromium of the tablet. In the characterization of the granular anaerobic sludge, it was observed its high degradation as a function of temperature, with 82.22% of mass loss at 650°C. The tablet used as a biosorbent showed efficiency between 70 and 79% in the removal of phosphate for concentrations from 30 to 360 mg/L, in up to 144h, and between 68 and 92.41% for the metals zinc, nickel and chromium after 96h of contact. In the case of metals, it can be observed that the efficiency values decrease as a function of the increase in the concentration of metals in the aqueous solution. More than one kinetic model was fitted to the data obtained for phosphate removal, which shows that the adsorption process can be controlled by more than one type of mechanism, for metals, only the pseudo second order model showed a satisfactory fit. For zinc and nickel isotherms, the Langmuir and Freundlich fit models were well fitted, for chromium, the fit to such models did not occur satisfactorily, however, the adsorption process was favorable for the 3 metals. The development of granular anaerobic sludge pellets and their application in biosorption systems proved to be a route of environmental and economic interest, with high removal efficiencies of the tested pollutants. |
Palavras-chave: | Adsorção. Fosfato. Zinco. Níquel. Cromo. |
Área(s) do CNPq: | ENGENHARIA SANITARIA::TRATAMENTO DE AGUAS DE ABASTECIMENTO E RESIDUARIAS |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade Federal de Alfenas |
Sigla da instituição: | UNIFAL-MG |
Departamento: | Instituto de Ciência e Tecnologia |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia Ambiental |
Citação: | SILVA, Marcos Martins. Desenvolvimento de biossorvente a partir de lodo anaeróbio granular para aplicação em sistemas de remoção de fosfato e em sistemas para a remoção de íons metálicos. 2022. 85 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia Ambiental) - Universidade Federal de Alfenas, Poços de Caldas, MG, 2022. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
Endereço da licença: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |
URI: | https://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/2130 |
Data de defesa: | 29-Ago-2022 |
Aparece nas coleções: | Mestrado |
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Dissertacao_MarcosMartinsSilva_2022_PPGCEA.pdf | Desenvolvimento de biossorvente a partir de lodo anaeróbio granular para aplicação em sistemas de remoção de fosfato e em sistemas para a remoção de íons metálicos | 1,78 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar |
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