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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/59107
Tipo: | Tese |
Título : | Aplicação de resíduo siderúrgico como adsorvente de baixo custo no tratamento de efluente têxtil |
Autor : | Lucena, Larissa Granjeiro |
Tutor: | Nascimento, Ronaldo Ferreira do |
Co-asesor: | Rocha, Elisângela Maria Rodrigues Vidal, Carla Bastos |
Palabras clave : | Lama de Alto-Forno;Tratamento de efluentes da indústria têxtil;Adsorção;Metodologia de superfície resposta;Mecanismos de reação |
Fecha de publicación : | 2021 |
Citación : | LUCENA, Larissa Granjeiro. Aplicação de resíduo siderúrgico como adsorvente de baixo custo no tratamento de efluente têxtil. 2021. 188f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental, Fortaleza, 2021. |
Resumen en portugués brasileño: | O objetivo desta pesquisa foi avaliar a aplicabilidade de resíduo siderúrgico como adsorvente no tratamento de efluentes têxteis. Primeiramente, investigou-se oito resíduos, que compreenderam pós, lama e carepa provenientes de diversas etapas do processo siderúrgico, e constatou-se que a lama de Alto-Forno (LAF) apresentou os melhores resultados no tratamento do efluente têxtil, em termos de remoção de matéria orgânica (COT) e cor. Depois, otimizou-se o processo e foram estudados os seguintes parâmetros para as condições otimizadas de reação: tempo de contato; mecanismos de reação; desempenho do tratamento proposto, incluindo atendimento à legislação ambiental, biodegradabilidade, concentração de metais e fitotoxicidade; e reúso e regeneração do resíduo. Aplicou-se planejamento fatorial do tipo Delineamento Composto Central Rotacional associado à Metodologia de Superfície de Resposta para otimizar duas variáveis operacionais: concentração de adsorvente e pH inicial de reação, a fim de maximizar as remoções de matéria orgânica e cor. Conforme validação experimental e Análise de Variância (ANOVA), os modelos foram estatisticamente significativos. Mediante sobreposição das curvas de contorno, pôde-se definir as interações entre as variáveis nas respostas e estabelecer faixas ótimas operacionais: 267,09 a 341,42 g L-1 (concentração de adsorvente), e 8,09 a 10,91 (pH). Entretanto constatou-se estreita interação entre estas variáveis, cujos valores devem ser definidos com base no gráfico da região ótima para atingir remoções de COT > 80 % e cor > 90 %. O tempo para o sistema alcançar o equilíbrio foi de 48 h. Estimou-se um aumento de 2,2 % na massa do resíduo, possivelmente devido à transferência de massa de determinados componentes provenientes do efluente. A caracterização do resíduo após tratamento não revelou mudança substancial na sua composição química. Em relação aos mecanismos de interação adsorvente-adsorvato, os cálculos computacionais apontaram que a tendência é de doação dos elétrons da superfície do resíduo para a molécula de leucoíndigo blue, e que a interação eletrostática do corante com os grupos positivos e negativos da superfície do adsorvente em pH 8,5 é um provável mecanismo que permite remoção dessa molécula da solução aquosa. Com base na espectrofotometria UV-Vis e voltametria cíclica, não foi identificada a presença de subprodutos de reação no efluente tratado. Os modelos cinéticos indicaram que a difusão intrapartícula não é a etapa limitante da velocidade de adsorção; e a isoterma apresentou melhor ajuste ao modelo de Freundlich. Os parâmetros do efluente tratado que se enquadraram aos padrões de lançamento foram: pH, nitrogênio amoniacal, DBO5, DQO, ferro, cobre, níquel, manganês, chumbo, zinco e cádmio, enquanto fluoreto e sulfato não se enquadraram, o que exige um pós-tratamento. Verificou-se que o tratamento empregado foi capaz de aumentar a biodegradabilidade e reduzir a fitotoxicidade do efluente. Há possibilidade de reúso do material: 6 ciclos possibilitaram remoções de 64,34 % (COT) e de 77,38 % (cor). A regeneração térmica do resíduo não foi propícia para elevação das remoções de matéria orgânica e cor; entretanto verificou-se aplicabilidade na dessorção de eluentes como etanol e acetona. Portanto, a utilização da LAF como adsorvente de baixo custo proporcionou benefícios ambientais e demonstrou ser uma tecnologia inovadora e eficiente no tratamento de efluentes. |
Abstract: | The objective of this research was to evaluate the applicability of a steelmaking waste as adsorbent in the treatment of textile effluents. First, eight types of wastes were investigated, which comprised dusts, sludge and slag coming from the diverse stages of the steelmaking process, and it was found that treating textile effluents with the Blast Furnace Sludge (BFS) reached the best results in terms of removing their organic matter (TOC) and color. Then, this process was optimized, and the following parameters were studied for the optimized reaction conditions: contact time; reaction mechanisms; performance of the proposed treatment, considering compliance with environmental legislation for textile wastewater discharge, biodegradability, metal concentration and phytotoxicity; and waste reuse and regeneration. Factorial design of Central Composite Design associated with the Response Surface Methodology were applied to optimize two operational variables: adsorbent concentration and initial reaction pH, to maximize organic matter and color removals. According to the experimental validation and the Analysis of Variance (ANOVA), all response models were statistically significant. By overlaying the contour plots, it was possible to evaluate joint interactions of pair variables on the responses and establish their optimum operational ranges: 267.09 to 341.42 g L-1 (adsorbent concentration), and 8.09 to 10.91 (pH). However, close interactions were found between these variables, and their values must be defined based on the optimal region graph to achieve removals of TOC > 80 % and color > 90 %. The time for the system to reach equilibrium, constant solute concentration in the liquid phase, was 48 hours. An increase of 2.2 % in the mass of the residue was estimated, possibly due to the mass transfer of certain components of the effluent to the waste surface. Characterization of the residue after treatment revealed no substantial changes in its chemical composition. Regarding the adsorbent-adsorbate interaction mechanisms, the computational calculations showed that the tendency is to donate electrons from the surface of the residue to the molecule of leucoíndigo blue, and that the electrostatic interaction of the dye with the positive and negative groups of the surface of the adsorbent at pH 8.5 is a probable mechanism that allows removal of that molecule from the aqueous solution. Based on UV-Vis spectrophotometry and cyclic voltammetry, the presence of reaction by-products was not identified in the treated textile effluent. The kinetic models indicated that the intraparticle diffusion is not the limiting step of the adsorption speed; and the isotherm showed a better fit to the Freundlich model. The parameters that met the discharge standards were pH, ammoniacal nitrogen, BOD5, COD, iron, copper, nickel, manganese, lead, zinc and cadmium, while fluoride and sulfate parameters did not meet the standards requiring post-treatment. It was found that the treatment employed was able to increase biodegradability and to reduce phytotoxicity of the effluent. It is possible to reuse the BFS material: 6 cycles enabled removals of 64.34 % (TOC) and 77.38 % (color). Thermal regeneration of the material, under the performed conditions, did not increase the removal of organic matter and color; however, eluents such as ethanol and acetone were applicable in the desorption process. Thus, the use of BFS as a low-cost adsorbent provided environmental benefits and proved to be an innovative and efficient technology in wastewater treatment. |
URI : | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/59107 |
Aparece en las colecciones: | DEHA - Teses defendidas na UFC |
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