Remoção de fosfato em esgoto doméstico utilizando argilas ativadas e funcionalizadas com chumbo

Abstract

Potencialmente poluente, o fosfato é uma fonte de ameaça para a qualidade dos nossos recursos hídricos. Grande parte do fosfato encontrado nas águas possui origem antrópica e tem como fontes: sabões e detergentes, dejetos humanos, fertilizantes, adubos, resíduos urbanos, esgoto doméstico, entre outras. O excesso de fosfato colabora para a eutrofização de corpos d'água e pode ter como consequência a floração de algas tóxicas, anoxia e diminuição da biodiversidade. Majoritariamente, o esgoto doméstico é o responsável pela descarga de fosfato nos corpos d'água receptores, mostrando assim a importância do tratamento desse tipo de efluente para conservação dos recursos hídricos disponíveis. Considerando os fatores anteriormente citados, o objetivo do presente trabalho foi estudar a eficiência do processo de remoção do fosfato no tratamento de efluentes. Para isso foi empregado o processo físico-químico de precipitação, utilizando como meio argilas funcionalizadas com chumbo e tendo como propósito a precipitação do mineral hidroxipiromorfita, forma muito estável do fosfato de chumbo (Kps= 1,58x10-77). Assim, na primeira etapa deste trabalho foi realizada a ativação das argilas caulinita e montmorilonita a partir do contato entre o material e uma solução aquosa de NaCl em frascos agitados. Na segunda etapa foi feita a funcionalização do material, onde os argilominerais ativados foram funcionalizados com íons Pb2+ através do contato com uma solução de nitrato de chumbo (Pb(NO3)2). Posteriormente, realizou-se o estudo em escala de bancada da adsorção do fosfato, utilizando como reagente o fosfato monoamônico (NH4H2PO4). Nesta etapa, as argilas já funcionalizadas com o Pb foram colocadas em contato com a solução de fosfato, os frascos foram agitados, centrifugados, filtrados e foi efetuada a leitura do sobrenadante, que indicou uma remoção do fosfato de 8,4 mg/L por grama de caulinita utilizada e de 0,87 mg/L quando utilizado 1 grama de montmorilonita. Testes por tempo de contato indicaram que a reação de precipitação ocorre quase que instantaneamente. Foram feitos testes de remoção do fosfato utilizando as argilas em estado natural e uma solução de PO43- de concentração de 1,06 mg/L. O resultado foi de 0% de remoção utilizando a caulinita natural e de 86% utilizando a montmorilonita natural, indicando que os processos de ativação e funcionalização foram eficientes apenas para a caulinita. Para finalizar, realizaram-se testes em condições reais utilizando como efluente o esgoto antes da entrada do tratamento e após o tratamento. As concentrações de fosfatos das amostras tiveram índices de 6 mg/L antes do tratamento e 3,8 mg/L após o tratamento. Para as duas amostras a caulinita modificada foi capaz de remover 100% do fosfato presente mostrando que ela é eficiente também em ambientes reais.

High concentrations of phosphate in water contributes to the eutrophication of water bodies and may result in blooming of toxic algae, anoxia and a decrease in biodiversity. The sewage is the major responsible for phosphorus discharge into water bodies receptors, this shows how important is the treatment of this type of effluent for the conservation of available water resources. Considering the facts mentioned above, the objective of this research is to study the efficiency of the phosphate removal process in the treatment of domestic sewage. For this, the physical-chemical process of precipitation was used, using clays functionalized with lead. The use of functionalized clays had as objective the precipitation of the hydroxypiromorphite, a very stable form of lead phosphate (Kps = 1.58x10-77). In the first stage of this work the kaolinite and montmorillonite clays were activated. This activation was executed from the contact between clay and a NaCl aqueous solution in shake flasks. In the second stage, the functionalization of the material was performed. For this, the activated clay minerals were functionalized with lead ions (Pb2+) by contact with a solution of lead nitrate (Pb(NO3)2). Subsequently, the bench scale study of the phosphate adsorption was carried out, using the monoammonium phosphate (NH4H2PO4) as reagent. At this stage, the clays, already functionalized with the lead, were placed in contact with the phosphate solution, the flasks were shaken, centrifuged, filtered and the supernatant was read, which indicated a phosphate removal of 8.4 mg / L per gram of kaolinite used and 0.87 mg/L when 1 gram of montmorillonite was used. Contact time tests indicated that the precipitation reaction occurs almost instantaneously. Phosphate removal tests were performed using natural clays in contact with a phosphate solution of 1.06 mg/L. The result was 0% removal using natural kaolinite and 86% using natural montmorillonite. These results indicated that the activation and functionalization processes were efficient only for kaolinite. To conclude, tests were carried out under real conditions, using domestic sewage samples before and after conventional treatment. The phosphate concentrations of these samples were 6 mg/L before treatment and 3.8 mg/L after treatment. For both sample types the modified kaolinite was able to remove 100% of the phosphate present, showing its efficiency also under real conditions.