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Title in Portuguese: Avaliação da remoção de metais pesados em efluentes industriais por sulfeto químico e biogênico
Title: Assessment of removal of heavy metals from industrial effluents by chemical and biogenic sulfide
Author: Lima, Daniel David de
Advisor(s): Santos, André Bezerra dos
Co-advisor(s): Lopes, Alexandre Colzi
Keywords: Saneamento
Resíduos industriais
Metais pesados
Issue Date: 27-Aug-2013
Citation: LIMA, D. D. Avaliação da remoção de metais pesados em efluentes industriais por sulfeto químico e biogênico. 2013. 101 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013.
Abstract in Portuguese: O presente estudo teve o objetivo de avaliar a remoção de metais pesados em efluentes industriais pelo uso de sulfeto químico e biogênico. Inicialmente, foi operado, sob condições mesofílicas (27 ± 2 °C), um reator anaeróbio de manta de lodo e fluxo ascendente (Vútil = 2,7 L; TDH = 24 h) suplementado com sulfato (em relações DQO/SO42- de aproximadamente 10 e 5) para a produção de sulfeto biogênico. Posteriormente, o efluente das indústrias de folheação de joias da cidade de Juazeiro do Norte, Ceará, foi caracterizado para verificar os principais metais contidos e suas faixas de concentrações, além de outros constituintes. Em seguida, analisou-se a aplicação de planejamento experimental multivariado cujos fatores estudados foram concentração de metal (20, 80 e 140 mg/L), concentração de sulfeto (20, 40 e 60 mg/L) e tempo de reação (1, 5 e 9 min), no processo de remoção dos metais cobre, zinco e níquel, tanto na presença quanto na ausência de macro e micronutrientes. Finalmente, foi verificada em experimentos univariacionais a influência das condições operacionais tempo de reação (15 e 30 min), razão molar metal/sulfeto (0,5; 0,7; 1; 1,6; 1,75 e 2) e fonte de sulfeto (químico e biogênico) na eficiência de remoção dos metais pesados analisados. Após a caracterização do efluente das indústrias de folheação de joias constatou-se que os metais majoritários foram cobre, níquel e zinco. O reator sulfetogênico apresentou operação estável para as relações DQO/SO42- estudadas, com remoção de DQO superior a 70% e redução de sulfato acima de 90%. A partir do planejamento experimental multivariado, observou-se que o fator mais significativo foi a concentração de metal para todos os casos, sendo que, para o cobre, a concentração de sulfeto não teve efeito significativo na presença de macro e micronutrientes. Por sua vez, para o níquel, constatou-se que todos os fatores exercem influência sobre a eficiência de remoção. Já para o zinco, o tempo não teve influência significativa na ausência de macro e micronutrientes, enquanto que na presença dos mesmos tal variável apresentou significância. Em seguida, nos experimentos univariacionais verificou-se que o tempo de reação não influenciou a remoção de metais estudados. A fonte de sulfeto apresentou efeitos diversos assim como a relação molar metal/sulfeto. Por exemplo, com o cobre, em razões molares metal/sulfeto menores que 1,6, foram obtidas as maiores diferenças na eficiência de remoção chegando até 70%. Já para o zinco, só foram observadas algumas diferenças para razões molares acima de 1,6. Finalmente, para o níquel, alguma diferença só foi verificada para razões de até 1.
Abstract: The present study aimed to assess heavy metals removal from industrial effluents by using chemical and biogenic sulfide. Initially, an upflow anaerobic sludge blanket reactor (working volume = 2.7 L, HRT = 24 h), supplemented with sulfate (COD/SO42- ratio of approximately 10 and 5), was operated under mesophilic conditions (27 ± 2 °C) for biogenic sulfide production. Subsequently, the effluent of jewelry plating industries from the city of Juazeiro do Norte, Ceará, was characterized in order to verify the major metals and their concentration ranges, as well as other constituents. Then, the application of a multivariate experimental design, whose factors were metal concentration (20, 80 and 140 mg/L), sulfide concentration (20, 40 and 60 mg/L) and reaction time (1, 5 and 9 min), in the process of copper, zinc and nickel removal, both in the presence and absence of macro and micronutrients, was analyzed. Finally, in univariate experiments, the influence of the operating conditions, such as reaction time (15 and 30 min), metal/sulfide molar ratio (0.5, 0.7, 1, 1.6, 1.75 and 2) and sulfide source (chemical and biogenic), on the removal efficiency of the tested heavy metals was verified. After the characterization of the jewelry plating industries effluent, it was found that the majority metals were copper, nickel and zinc. The sulfidogenic reactor showed stable operation for the COD/SO42- ratios studied, with COD removal higher than 70% and sulfate reduction above 90%. From the multivariate experimental design, the most significant factor was metal concentration in all cases. For copper, sulfide concentration had no significant effect in the presence of macro and micronutrients. However, for nickel, all the factors have an influence on removal efficiency. And, for zinc, the time had no significant influence in the absence of macro and micronutrients, whereas, in their presence, that variable was significant. From the response surface contour plot, the optimum point, in terms of removal efficiency, obtained for nickel in the presence and absence of macro and micronutrients was [Ni2+] = 140 mg/L, [S2-] = 60 mg/L and t = 1 min. Subsequently, in the univariate experiments, it was found that the reaction time did not affect the removal of metals studied. The sulfide source had different effects as well as the metal/sulfide molar ratio. For example, for copper, at metal/sulfide molar ratios lower than 1.6, the greatest differences in removal efficiency were obtained, which reached up to 70%. However, for zinc, some differences were only observed at molar ratios above 1.6. Finally, for nickel, differences were observed for molar ratios below 1.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/7984
metadata.dc.type: Dissertação
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