Caracterização e aplicação de adsorvente para a remoção de corantes de efluentes têxteis em batelada e colunas de leito fixo

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaA remoção de corantes presentes em efluentes industriais tem recebido enorme atenção nos últimos anos. Isto se deve ao aumento da conscientização e ao maior rigor das leis ambientais. A adsorção é uma das técnicas que tem sido empregada com sucesso para uma remoção efetiva da cor. Devido ao alto custo de alguns adsorventes convencionais, pesquisas vêm sendo direcionadas para o uso de adsorventes alternativos como cinzas de fundo, lodo, lamas vermelhas, "fly ashes", lodo de fornalha de explosão, etc. Neste trabalho, utilizou-se o lodo ativado residual de uma indústria de tratamento de efluentes têxteis como adsorvente alternativo na remoção de corantes reativos mono e bifuncionais. Este lodo passou por um processo de ativação térmica e química tornando-se um adsorvente com grande capacidade de adsorção podendo ser comparado a carvões ativados comerciais. Os corantes utilizados no presente trabalho foram o corante reativo Vermelho C. I. RR2 e corante Reativo Vermelho C. I RR141. Visando obter as melhores condições de remoção destes corantes foi investigada a influência dos parâmetros como temperatura e adição de eletrólitos (Cloreto de Sódio ou Sulfato de Sódio) à solução. As melhores condições obtidas para a adsorção destes corantes, mediante ensaios cinéticos e de equilíbrio, foram empregadas para a adsorção em contínuo, a qual teve por finalidade, estabelecer parâmetros de projeto de colunas de adsorção em leito fixo. A obtenção destes parâmetros operacionais permitiu o escalonamento dos dados laboratoriais para um sistema em planta industrial. Os modelos de Langmuir, Freundlich e Radke & Prausnitz foram utilizados para ajustar os dados experimentais da variação da concentração do soluto adsorvido na fase sólida (adsorvente) em função da concentração de equilíbrio na fase fluida e apresentaram boa correlação. De acordo com os dados experimentais, para ambos os corantes, há uma redução da capacidade de adsorção do lodo adsorvente quando o sistema opera em temperaturas superiores a 40°C. Comparando ambos os corantes a 25°C, percebe-se uma maior eficiência do adsorvente para a remoção do corante RR141 e, quando se adicionou 10% de Cloreto de Sódio em massa ao adsorbato RR141, a capacidade máxima de adsorção passou de 66,67 mg/g para 78,74 mg/g. Para os ensaios em contínuo, um aumento na vazão de operação das colunas provoca uma diminuição no tempo de ruptura e, para um aumento da altura de leito, há um aumento no tempo de ruptura para ambos os corantes estudados. Os resultados obtidos para o escalonamento dos dados laboratoriais para as colunas de adsorção permitiram concluir que quando a coluna opera na adsorção de corantes reativos bifuncionais, o tempo de operação da mesma aumenta 43,5% em relação aos corantes reativos mono funcionais. Contudo, a remoção de corantes reativos presentes em efluentes têxteis utilizando lodo ativado termicamente e quimicamente como adsorvente apresentou ótimos resultados, podendo este ser empregado como alternativa para o tratamento dos efluentes aquosos da indústria têxtil. The removal of dyes present in industrials wastewaters has received enormous attention in recent years. This is due the increasing awareness and the tightening of the environmental laws. The adsorption is one of the techniques that have been successfully used for effective remove color. Due to the high cost of some conventional adsorbents, researches are being directed to use alternative adsorbents like bottom ash, slag, red muds, fly ashes, blast furnace sludge, etc. In this work, the activated sludge residual of an industry of treatment of wastewater textiles was used as adsorbent alternative in the removal of reactive azo and diazo dyes. This sludge passed through a process of thermal and chemical activation becoming one adsorbent with great capacity of adsorption and can be compared against commercial activated carbons. The dyes used in the present work were Reactive Red dye C. I. RR2 and Reactive Red dye C. I. RR141. To obtain the best conditions for removal of these dyes it was investigated the influence of parameters such as temperature and addition of electrolytes (Sodium Chloride and Sodium Sulphate) to the solution. The best obtained conditions for the adsorption of these dyes, with tests kinetics and equilibrium, were used in continuous adsorption, which had the purpose to establish parameters of project of columns of adsorption in fixed bed. Obtaining those operational parameters enabled the scaling of laboratory data to a system in industrial plant. The Langmuir, Freundlich e Radke & Prausnitz models had been used to adjust the experimental data of the variation of the concentration of solute adsorbed on the solid phase (adsorbent) in function of the concentration of balance in the fluid phase and showed good correlation. According to the experimental data, for both dyes, there is a reduction in capacity for adsorption of the sludge adsorbent when the system operates at temperatures above 40°C. Comparing both dyes at 25°C, it is perceived to be a greater efficiency of adsorbent for the removal of dye RR141, and when 10% of Sodium Chloride was added in mass to adsorbate RR141, the maximum capacity of adsorption increased from 66.67 mg/g to 78.74 mg/g. For the continuous tests, an increase in the flow of operation of the columns causes a decrease in the rupture time, and to an increase in the height of bed, there is an increase in the rupture time of for both dyes studied. The results for the scaling of laboratory data for the columns of adsorption have concluded that when the column operates on the adsorption of reactive diazo dyes, the time of operation of the same increases 43.5% in relation to reactive azo dyes. However, the removal of reactive dyes present in textiles wastewater using waste sludge chemically and thermally activated as adsorbent showed excellent results, it can be used as an alternative for the treatment of aqueous wastewater from the textile industry