Avaliação da viabilidade de uso de lodo de estação de tratamento de água tratado termicamente para a adsorção de fósforo em esgoto tratado
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Date
Authors
Advisor
Fiore, Fabiana Alves 
Coadvisor
Jesus, Amanda Maria Dantas de
Graduate program
Undergraduate course
São José dos Campos - ICT - Engenharia Ambiental
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Type
Undergraduate thesis
Access right
Acesso restrito
Abstract
Abstract (portuguese)
O lodo de tratamento de água (LETA) é um resíduo gerado de forma contínua durante o processo de potabilização das águas e cuja destinação inadequada representa um desafio ambiental de escala global. Paralelamente, o excesso de fósforo em corpos hídricos é um dos principais fatores responsáveis pelo processo de eutrofização, sendo a remoção complementar desse nutriente em efluentes sanitários tratados uma etapa indispensável para a proteção dos mananciais. O presente estudo avaliou a viabilidade técnica do uso de LETA de alumínio tratado termicamente como adsorvente para remoção de fósforo em efluente sanitário submetido a tratamento secundário. As amostras de LETA foram coletadas em uma ETA da região metropolitana de São Paulo durante o período chuvoso e submetidas a diferentes condições de tratamento térmico, com temperaturas variando de 110ºC a 500ºC e tempos de exposição de 1 e 2 horas. A caracterização do material foi realizada por meio de análises de teor de umidade, determinação de redução de massa por tratamento térmico em forno tipo mufla com pesagem em balança analítica de precisão, a microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia com energia dispersiva (MEV/EDS), espectroscopia no infravermelho com transformação de Fourier (FTIR) e determinação de área superficial específica pelo método BET. Os ensaios de adsorção foram conduzidos com base em um planejamento do tipo Doehlert, com 15 ensaios e três variáveis - tempo de contato, condição de secagem e massa de adsorvente. O teor de umidade médio das amostras in natura foi de 74,36%, evidenciando a necessidade do tratamento térmico prévio. As análises de MEV demonstraram progressiva fragmentação das partículas e aumento da rugosidade superficial com o aumento da temperatura, e os dados de EDS revelaram enriquecimento progressivo de alumínio, atingindo 68,60% na condição de 400°C por 2 horas. Os espectros de FTIR confirmaram a eliminação da matéria orgânica a partir de 400°C e evidenciaram a formação de ligações Al–O–P após a adsorção, indicando quimissorção como mecanismo predominante. A área superficial específica BET obtida foi de 34 m²/g, compatível com material mesoporoso. A capacidade máxima de adsorção de fósforo foi de 2,00 mg/g, obtida no ensaio com tratamento térmico a 200°C por 1 hora, tempo de contato de 120 minutos e massa de adsorvente de 0,2 g, resultado superior ao reportado para LETA in natura de composição similar. Os resultados demonstram que o tratamento térmico em faixas moderadas de temperatura potencializa o desempenho adsortivo do LETA, constituindo uma alternativa tecnicamente viável e alinhada aos princípios da economia circular no saneamento.
Abstract (english)
Drinking water treatment sludge (DWTS) is a by-product continuously generated during the water potabilization process, and its inadequate disposal — including discharge into water bodies and landfill deposition — represents an environmental challenge of global scale. Simultaneously, excessive phosphorus in surface water is one of the main drivers of eutrophication, and the complementary removal of this nutrient from treated sanitary effluents is an essential step for the protection of water resources. In this context, the present study evaluated the technical feasibility of using thermally treated aluminum-based DWTS as an adsorbent for phosphorus removal from secondary-treated municipal wastewater. Sludge samples were collected from a water treatment plant in the metropolitan region of São Paulo during the rainy season and subjected to different thermal treatment conditions, with temperatures ranging from 110°C to 500°C and exposure times of 1 and 2 hours. Material characterization was performed through moisture content analyses (NBR 6457), mass reduction determination by thermal treatment in a muffle furnace with weighing in an analytical precision balance, scanning electron microscopy with energy-dispersive X-ray spectroscopy (SEM/EDS), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), and specific surface area determination by the BET method. Adsorption experiments were conducted based on a Doehlert experimental design with 15 runs and three variables — contact time, drying condition, and adsorbent mass. The average moisture content of raw samples was 74.36%, highlighting the need for prior thermal treatment. SEM analyses revealed
progressive particle fragmentation and increased surface roughness with increasing temperature, while EDS data showed progressive aluminum enrichment, reaching 68.60% at 400°C for 2 hours. FTIR spectra confirmed organic matter elimination from 400°C onward and evidenced the formation of Al–O–P bonds after adsorption, indicating chemisorption as the predominant mechanism. The BET specific surface area was 34 m²/g, consistent with a mesoporous material. The maximum phosphorus adsorption capacity was 2.00 mg/g, achieved with thermal treatment at 200°C for 1 hour, a contact time of 120 minutes, and an adsorbent mass of 0.2 g — a result superior to that reported for raw DWTS of similar composition. The findings demonstrate that thermal treatment at moderate temperatures enhances the adsorptive performance of DWTS, representing a technically viable alternative aligned with the principles of circular economy in sanitation
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Language
Portuguese
