iii-005 - XXVII Congresso Interamericano de Engenharia

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3º Simposio Iberoamericano de Ingeniería de Residuos
2º Seminário da Região Nordeste sobre Resíduos Sólidos
UTILIZAÇÃO DO CARVÃO ATIVADO EM TRATAMENTO DE LIXIVIADO –
ESTUDO DE CASO
Eduardo Antonio Maia Lins(1)
Graduado em Engenharia Civil pela Escola de Politécnica de Pernambuco – Universidade de Pernambuco.
Mestre em Geotecnia Ambiental pela Universidade Federal de Pernambuco; Responsável pelo monitoramento
ambiental do Aterro da Muribeca; Engenheiro projetista dos aterros sanitários de Manaus, Teresina e
Campina Grande. Pesquisador do Projeto PRONEX e PROSAB. Atualmente concluindo Doutorado em
tratamento de lixiviado pela Universidade Federal de Pernambuco.
Cecília Maria Mota Silva Lins
Graduada em Engenharia Civil pela UFPE. Mestre em Engenharia Civil - Geotecnia Ambiental pela UFPE;
Doutoranda em Engenharia Civil - Geotecnia Ambiental pela UFPE. Membro do Grupo de Resíduos Sólidos
(GRS-UFPE).
Éricka Patrícia Lima de Brito
Tecnóloga em Gestão Ambiental; Graduanda de Engenharia Química pela UFPE; Bolsista do Grupo de
Resíduos Sólidos GRS/UFPE.
Natália Nascimento de Souza
Graduanda de Engenharia Química pela UFPE; Bolsista do Grupo de Resíduos Sólidos GRS/UFPE.
Maria Cristina Moreira Alves
Professora da Escola de Engenharia Politécnica da UFRJ, colaboradora do Grupo de Resíduos Sólidos
GRS/UFPE. Doutora em Geotecnia pela Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, PUC-Rio.
Coordenadora Institucional Adjunta da ReCESA na UFPE, 2006. Pesquisadora do Projeto PRONEX e
PROSAB.
Antonio Rodrigues de Brito
Graduado em Engenharia Civil pela Escola de Politécnica de Pernambuco – UPE. Bolsista CNPq para apoio
técnico na área de resíduos sólidos. Membro do Grupo de Resíduos Sólidos – GRS/UFPE.
Endereço(1): Rua Professor Souto Maior, Nº33, Apto.1303, Edf. Morumbi Residence, Casa Amarela, RecifePE, Brasil. CEP:52051-240. e-mail: [email protected]
RESUMO
Este trabalho tem por objetivo avaliar a eficiência do carvão ativado como material alternativo para compor
uma barreira reativa permeável no tratamento terciário de lixiviado de aterros de resíduos sólidos. A avaliação
do desempenho do carvão ativado foi realizada em laboratório através de Teste Cinético utilizando-se
diferentes granulometrias. Para isto, foram pesadas 10 gramas de carvão ativado e colocados em 100 ml de
lixiviado pré-tratado com hidróxido de cálcio. Juntamente com estas amostras foram preparadas amostras ditas
brancas, correspondentes a 100ml do contaminante com concentrações diferentes sem a presença de carvão
ativado com a finalidade de avaliar uma possível remoção de DQO e Amônia, apenas pelo processo da
agitação (aeração). Com base nos resultados obtidos, o melhor desempenho ficou para o carvão ativado de
granulometria 20 x 40 - por possuir uma maior superfície específica – para um tempo de agitação de 2 horas,
removendo cerca de 68% de nitrogênio amoniacal e 73% de DQO, demonstrando eficiência também na
remoção de íons solúveis presentes no lixiviado.
PALAVRAS-CHAVE: Lixiviado de Resíduos Sólidos Urbanos, Tratamento de Lixiviado, Barreira Reativa,
Carvão Ativado.
INTRODUÇÃO
Segundo Breia (2006), o termo carvão ativado refere-se a uma forma do carvão que foi especialmente tratado
para aumentar em várias vezes o número de poros, obtendo-se assim, um produto de enorme área interna, que
pode variar de 500 até 1.500 m2/g. É uma substância quimicamente inerte e suas propriedades dependem de
vários fatores como: matéria-prima, processo de ativação, tempo de ativação etc.
REDISA – Red de Ingeniería de Saneamiento Ambiental
ABES – Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental
1
Devido a elevada superfície específica, estruturas dos microporos, alta capacidade de adsorção e reatividade, a
adsorção utilizando carvão ativado granular (CAG) e carvão ativado em pó (CAP) vêm sendo largamente
empregada na remoção de poluentes orgânicos e inorgânicos dos lixiviados (KURNIAWAN et al., 2006). O
CAP e CAG têm sido usados pela sua capacidade de promover sorção, absorvendo e adsorvendo quantidades
residuais de material orgânico de lixiviados, quando esses líquidos já tiveram a maioria de seus compostos
orgânicos removidos através de outro tipo de tratamento (DoE, 1995 apud BIDONE, 2007).
Segundo Bahé (2008), o carvão ativado possui elevada área superficial (500-1500 m2/g), muito porosa, com
grande vantagem de ser recuperado, remove cor, fenóis (50 kg de carbono para cada 5 a 12 kg de fenóis),
nutrientes (fosfatos, nitratos), sólidos em suspensão, matéria orgânica não biodegradável, etc. De acordo com
Qasim & Chiang (1994), em geral, o processo da adsorção é mais eficiente com elementos de baixa
solubilidade em água, alto peso molecular, baixa polaridade e baixo grau de ionização. Adicionalmente,
alguns orgânicos não biodegradáveis são removidos, além de orgânicos tóxicos e recalcitrantes. Segundo
Nunes (2004), na remoção da matéria orgânica dissolvida, além da adsorção, há também a assimilação através
de microrganismos, em que o carvão serve de suporte para desenvolvimento e adaptação, que contribuem para
regenerar o carvão, embora não seja esta a finalidade.
De acordo com Lins (2008), o processo de adsorção ocorre em três estágios: macrotransporte, microtransporte
e sorção. O macrotransporte envolve o movimento do material sólido através da água até a interface líquidosólido por convecção e difusão. O microtransporte envolve a difusão do material orgânico através do sistema
de macroporos até os sítios de adsorção nos microporos. A sorção é o termo utilizado para descrever a fixação
do material orgânico no adsorvente. Quando a taxa de sorção é igual à taxa de dessorção diz-se que o
equilíbrio foi alcançado e que a capacidade de adsorção do carvão foi esgotada (METCALF & EDDY, 1991
apud BREIA, 2006).
Desse modo, este trabalho tem por objetivo avaliar a eficiência do carvão ativado como material alternativo
para compor uma barreira reativa permeável no tratamento terciário de lixiviado de aterros de resíduos
sólidos, analisando-se o comportamento do carvão ativado para diferentes granulometrias e tempos de
detenção.
METODOLOGIA
ENSAIO DE TRATABILIDADE
O CAP e CAG têm sido usados quando os efluentes líquidos já tiveram a maioria de seus compostos
orgânicos removidos através de outro tipo de tratamento (DoE, 1995 apud BIDONE, 2007). Assim sendo,
para os ensaios cinéticos utilizando carvão ativado, não foi utilizado um lixiviado bruto mas pré-tratado.
A concepção adotada para o tratamento de lixiviado consistiu na precipitação química - eficiente na remoção
de compostos recalcitrantes – seguido do processo de stripping a fim de volatilizar a amônia com elevação do
pH, tendo como polimento final – após correção de pH - a barreira reativa preenchida com carvão ativado,
conforme estudos de Beltrão (2006). O objetivo principal deste sistema foi a remoção de DQO e amônia,
através de um sistema de tratamento de lixiviado economicamente viável, de fácil implantação, simples
operação e com boa eficiência de remoção de poluentes.
O carvão ativado foi escolhido como tratamento terciário em função do baixo custo, alta capacidade de sorção,
seletividade e compatibilidade com o meio ambiente, além de ser eficiente na remoção de compostos
orgânicos e recalcitrantes presentes no lixiviado. De acordo com Qasim & Chiang (1994) estudos realizados
por diversos pesquisadores utilizando-se carvão ativado para o tratamento de lixiviado em coluna,
comprovaram uma remoção de DQO entre 59 a 94%.
TESTE CINÉTICO
Os testes cinéticos para avaliação da sorção da DQO e Amônia pelo carvão ativado foram realizados com o
objetivo de determinar não só o ponto ótimo para o sistema carvão ativado/lixiviado, como também para
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avaliar a granulometria mais eficiente na remoção dos parâmetros supracitados e o tempo de agitação ideal.
Para isto, foram pesadas 10 gramas de carvão ativado e colocados em 100 ml de lixiviado pré-tratado com
hidróxido de cálcio. Juntamente com estas amostras foram preparadas amostras ditas brancas, correspondentes
a 100ml do contaminante com concentrações diferentes sem a presença de carvão ativado com a finalidade de
avaliar uma possível remoção de DQO apenas pelo processo da agitação (aeração). Estas amostras foram
colocadas sob agitação de 120 rpm e temperatura constante de 26ºC, numa incubadora refrigerada com
agitação (modelo TE 424 – TECNAL).
Em intervalos preestabelecidos, 10 min, 30 min, 1h e 2h, foram retirados os frascos determinados, onde
imediatamente foi separado o sobrenadante do carvão ativado. Logo após, determinou-se a concentração de
Amônia, DQO e os valores de pH e condutividade (Figura 1).
Figura 1. Incubadora TE 424 - TECNAL.
CÁLCULO DA EFICIÊNCIA
Após a otenção dos dados experimentais a eficiência do carvão ativado foi calculada pela Equação 1:
E = (Co – Cf)/Co x 100
equação (1)
Onde:
E = Eficiência, em percentual;
Co = Concentração inicial da solução, antes do contato com o adsorvente (mg/L);
Cf = Concentração final da solução após o tempo de agitação (mg/L).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
De acordo com a Figura 2, do gráfico da DQO versus Tempo de Agitação para uma granulometria de 20 x 40,
observa-se que o maior percentual de remoção de DQO ocorre para um tempo de 2 horas, obtendo uma
remoção máxima de 73% para um lixiviado pré-tratado.
3
Figura 2. Gráfico DQO x Tempo de Agitação para granulometria 20 x 40.
Na Figura 3, do gráfico da Amônia versus Tempo de Agitação para uma granulometria de 20 x 40, nota-se
uma maior eficiência de remoção para um tempo de 1 hora, diferentemente da DQO. Porém, para o tempo de
2 horas a remoção de amônia alcançou um percetual de 68%.
Figura 3. Gráfico Amônia x Tempo de Agitação para granulometria 20 x 40.
De acordo com a Figura 4, do gráfico da DQO versus Tempo de Agitação para uma granulometria de 6 x 10,
observa-se que o maior percentual de remoção de DQO ocorre para um tempo de 2 horas, obtendo uma
remoção máxima de 46% para um lixiviado pré-tratado.
Figura 4. Gráfico DQO x Tempo de Agitação para granulometria 6 x 10.
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Já a Figura 5, do gráfico da Amônia versus Tempo de Agitação para uma granulometria de 6 x 10, nota-se,
mais uma vez, uma maior eficiência de remoção para um tempo de 1 hora. Porém, para o tempo de 2 horas a
remoção de amônia alcançou um percetual idêntico para a análise com carvão de granulometria de 20 x 40, de
68%.
Figura 5. Gráfico Amônia x Tempo de Agitação para granulometria 6 x 10.
Fazendo-se um comparação entre os resultados obtidos com o carvão ativado de granulometrias diferentes,
observa-se que quanto menor a granulometria, melhor o desempenho na remoção de DQO do lixiviado prétratado. A performance inicial da da granulometria de 6 x 10 em relação a DQO possui maior eficácia. Porém,
a medida que o tempo de agitação supera a marca de 30 minutos, o carvão de maior área superficial (20 x 40)
passa a ter o melhor desempenho.
O baixo tempo de homogeneização pode vir a elevar a DQO uma vez que não há uma grande interação entre o
contaminante e o carvão ativado, podendo elevar também a turbidez no efluente. Ressalta-se que o carvão
ativado é composto de carbono e óxidos metálicos, e, seu baixo tempo de homogeneização pode influenciar no
aumento da DQO.
Figura 6. Gráfico DQO x Tempo de Agitação para diferentes granulometrias.
Já em relação ao gráfico Amônia versus Tempo de Agitação para diferentes granulometrias, observa-se um
comportamento semelhante na remoção de amônia. Entretanto, para tempo de homogeneização pequenos, a
menor granulometria (20 x 40) obtem uma maior eficiência na remoção da amônia quando comparado ao de
maior granulometria (6 x 10).
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Figura 7. Gráfico Amônia x Tempo de Agitação para diferentes granulometrias.
Quanto a análise de cor, foram analisadas amostras de ambos carvões para 2 horas de homogeneização, onde o
lixiviado bruto possuía uma cor real de 2488 UH - valor compatível com o período do ano. A Tabela 01,
apresenta a eficiência do carvão ativado para as granulometrias de 6 x10 e 20 x 40.
Tabela 1. Eficiência de Remoção de Cor para diferentes granulometrias.
Amostra
Bruta (UH)
Tratada (UH)
Eficiência (%)
Carvão 6 x
10
2488
268
89,2
Carvão 20 x
40
2488
157
93,7
De acordo com a Tabela 01, observa-se uma grande remoção de Cor pelo carvão ativado para ambas
granulometrias, porém a granulometria com carvão 20 x 40 obteve um melhor desempenho por possuir uma
área superficial superior a granulometria 6 x 10.
CONCLUSÕES
De um modo geral, o carvão ativado de granulometria 20 x 40 possui maior eficiência na remoção de DQO e
Amônia quando comparado ao diâmetro inferior.
O tempo de homogeneização de 2 horas é considerado o ideal, uma vez que possui o maior desempenho na
remoção de DQO.
O baixo tempo de homogeneização pode vir a elevar a DQO uma vez que não há uma grande interação entre o
contaminante e o carvão ativado, podendo elevar também a turbidez no efluente. Ressalta-se que o carvão
ativado é composto de carbono e óxidos metálicos, e, seu baixo tempo de homogeneização pode influenciar no
aumento da DQO.
Observa-se uma grande remoção de Cor pelo carvão ativado para ambas granulometrias, porém a
granulometria com carvão 20 x 40 obteve um melhor desempenho por possuir uma área superficial superior a
granulometria 6 x 10.
Considerando os ensaios realizados em escala de bancada, o emprego do carvão ativado apresenta-se
promissor para um sistema de polimento final de tratamento do lixiviado. No entanto, experimentos como
ensaio de coluna deve ser realizado para uma melhor avaliação do sistema.
6
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Beltrão, K.G.Q.B. (2006). Sistema de barreira bioquímica como alternativa para o tratamento de
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Pernambuco, Recife-PE. 168 p.
Breia, G.C.(2006) Aplicação dos processos de coagulação/ floculação e adsorção em carvão ativo no
tratamento primário dos efluentes de indústrias de defensivos agrícolas, Dissertação de Mestrado,
Programa de Pós-Graduação em Química, Departamento de Engenharia Química, Universidade do Estado
do Rio de Janeiro, 174 p.
Bidone, R.F. (2007). Tratamento de lixiviado de aterro sanitário por um sistema composto por filtros
anaeróbios seguidos de banhados construídos: estudo de caso: Central de Resíduos do Recreio, em Minas
Do Leão/ RS. Dissertação de Mestrado - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo,
São Paulo-SP. 138 p.
Kurniawan, T.A.; Lo, W.; Chan, G.Y.S. (2006). Physico-chemical treatments for removal of recalcitrant
contaminants from landfill leachate. Journal of Hazardous Materials, n. 28, p. 80-100.
Lins, C. M. M. (2008). Avaliação da zeólita natural para aplicação em barreiras reativas permeáveis no
tratamento do lixiviado do aterro da Muribeca/PE. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de
Pernambuco. CTG. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Recife. 130 p.
Nunes, J. A. (2004) Tratamento físico-químico de águas residuárias industriais, 2ed., Aracaju: Gráfica
Editora J. Andrade.
Qasim,S.R; Chiang,W. Sanitary landfill leachate-generation,control and treatment. USA: Technomic
Publishing, 1994. 339p
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