Aplicação de processo adsortivo na remoção de chumbo de efluentes petroquímicos sintéticos

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2013A indústria petrolífera é considerada uma das principais responsáveis pela poluição das águas, visto que os efluentes gerados por ela possuem alto teor de contaminantes, como os metais pesados. O chumbo, um dos metais pesados presente nos efluentes petroquímicos, apresenta risco para a saúde humana e para o meio aquático mesmo em baixas concentrações. Muitos estudos para a remoção de chumbo em efluentes são realizados por adsorção com carvão ativado, reconhecido como um ótimo adsorvente para purificação de águas. Este trabalho teve como objetivo remover chumbo de efluentes sintéticos por processo adsortivo utilizando carvão ativado de ossos bovinos como adsorvente. Foram realizados ensaios de caracterização físico-química do carvão, a avaliação das condições ótimas para os parâmetros pH e tempo de contato, os estudos cinéticos e isotérmicos de equilíbrio, bem como o estudo para reutilização do adsorvente. Observou-se a necessidade de realização de tratamento químico para o carvão ativado, pois este apresentava alta porcentagem de grupos carbonatos e fosfatos. O tratamento químico com HNO3, além de remover fósforo e cálcio da composição química elementar, aumentou a área superficial significativamente, bem como sua microporosidade. O carvão ativado apresentou concentração de grupos funcionais de superfície ácidos maior que dos grupos básicos, dando-lhe característica de bom trocador catiônico. O pHpcz determinado foi igual a 4,0 e o tempo mínimo de contato foi de 6 horas para a realização dos ensaios. Foi observado que o tempo para o equilíbrio cinético diminui com o aumento da concentração inicial de metal na solução e os valores encontrados para qexp foram de 32,1, 50,1, e 42,3 mg.g-1 para concentração de 100, 150 e 200 mg.L-1, respectivamente. O modelo cinético de pseudo-segunda ordem representou melhor os dados experimentais para todas as concentrações iniciais estudadas, apresentando bons coeficientes de correlação linear. Os modelos de Langmuir e Freundlich foram utilizados para ajustar os dados experimentais e estes apresentaram boa correlação, sendo o modelo de Langmuir o que melhor descreveu o equilíbrio, apresentando melhor R2. Verificou-se que a dessorção com HCl apresentou maior eficiência, o tempo mínimo para o equilíbrio de dessorção foi de 3 horas e a recuperação é de aproximadamente 50%.<br>Abstract : The oil industry is considered one of the main causes of water pollution since the effluents generated by it have high levels of contaminants such as heavy metals. Lead, one of the heavy metals present in the petrochemical effluents, presents a risk to human health and to water environments even at low concentrations. Many studies for lead removal in wastewater are carried out by adsorption with activated carbon, recognized as an excellent adsorbent for water purification. This work's objective was to remove lead from synthetic wastewater by adsorptive process using activated carbon from bovine bones as adsorbent. Tests of physical-chemical characterization of coal were made, as well as the evaluation of optimum conditions for the pH and contact time parameters, kinetic and isothermal equilibrium studies, and the study for reuse of the adsorbent. It was observed a need for conducting chemical treatment for activated carbon, since it had a high percentage of carbonate and phosphate groups. The chemical treatment with HNO3, besides removing the calcium and phosphorus from the chemical composition, also increased the surface area significantly, as well as its microporosity. The activated carbon presented a concentration of surface functional groups of acids higher than basic groups, giving it a good cation exchanger characteristic. The determined pHpcz was equal to 4.0 and the minimum contact time was 6 hours for the tests to be made. It was observed that the kinetic equilibrium time decreases with the increase of initial metal concentration in the solution and the values found for qexp were 32.1, 50.1 and 42.3 mg.g-1 for concentrations of 100, 150 and 200 mg.L-1, respectively. The pseudo-second order kinetic model best represented the experimental data for all initial concentrations studied, presenting good linear correlation coefficients. The Langmuir and Freundlich models were used to adjust the experimental data and these showed good correlation, being the Langmuir model the one that best described the balance, showing better R2. It was verified that the desorption with HCl presented the highest efficiency, the minimum time for desorption equilibrium was 3 hours and the recovery is approximately 50%