Pré-tratamento do lixiviado por air stripping visando à remoção e recolhimento de amônia

A amônia existe em solução tanto na forma iônica (NH4+) como na forma livre,

não ionizada (NH3), segundo a equação de equilíbrio Assim, pode-se ver que na faixa

usual de pH, próxima à neutralidade, a amônia apresenta-se praticamente toda na forma ionizada (NH4+). Em pH acima de 11 praticamente toda a amônia está na sua forma livre

(NH3), como mostram a Reação (R-1) e Equação 1 (Metcalf e Eddy, 2003).

Onde: Ka é a constante de dissociação ácida, cujo valor é 5,2x10−10, para temperatura de 25º C e pressão de 1 atmosfera.

Nos recursos hídricos, de acordo com as condições do meio, a amônia em sua forma não ionizada (NH3) pode ser tóxica para diversos organismos, a exemplo dos

peixes, cujas taxas de crescimento e desenvolvimento podem ser afetadas. Conforme mencionado, a amônia exerce importante função nutricional, mas em excesso, juntamente com o fósforo é responsável pela eutrofização, processo que pode comprometer a qualidade dos recursos hídricos (WHO, 1986; Environment Canada, 2001).

O órgão governamental Environment Canada informa que as emissões atmosféricas da amônia têm gerado impactos ambientais, tais como formação de material particulado, acidificação e eutrofização do solo (Environment Canada, 2001).

Os lixiviados dos aterros de resíduos municipais geralmente contêm altas concentrações de componentes químicos orgânicos e inorgânicos, em especial de nitrogênio amoniacal ( superiores a 800 mg/L), substância que mais contribui com caráter

R-1

poluente desse efluente líquido, gerando impactos significativos caso o lixiviado seja lançado no meio ambiente (Bidone & Povinelli, 1999; Renou et al., 2008).

Quando lançado em um corpo receptor sem prévio tratamento pode estimular a proliferação de algas e provocar o consumo de oxigênio dissolvido, prejudicando a biota do ecossistema aquático. Além disso, altas concentrações de nitrogênio amoniacal podem ser tóxicas aos microrganismos em sistemas biológicos de tratamento dessa água residuária (Turetta, 2011).

Efluentes como o lixiviado têm padrões de lançamento estabelecidos pela Resolução CONAMA 430/2011. Apesar de não ser mais exigível o padrão de nitrogênio amoniacal total para sistemas de tratamento de esgotos sanitários que recebam lixiviados, a máxima concentração permitida para efluentes de qualquer outra poluidora é de 20 mg/L. Essa Resolução atualiza aquelas de número 357/2005 e 397/2008 (Ministério do Meio Ambiente, 2011).

A concentração desses compostos nitrogenados tem uma grande variabilidade ao longo do ano, conforme elucidado por Souto (2009) e Bocchiclieri (2010). Além da vazão de esgoto sanitário afluente às ETE também estarem sujeitas a variações diárias. A avaliação de alternativas para o tratamento dos lixiviados deve considerar as grandes variações temporais locais da carga dos compostos do lixiviado e do esgoto sanitário, de modo a não comprometer a eficiência do sistema e a qualidade do efluente final.

Li e Zhao (1999) mostraram que o desempenho do processo convencional de lodos ativados pode ser significativamente afetado pela concentração elevada de nitrogênio amoniacal. A remoção de DQO decaiu de 95,1% para 79,1% com o aumento da concentração de nitrogênio amoniacal de 50 para 800 mg/L, e observaram redução da atividade microbiana no sistema. Os resultados indicaram que a alta concentração de nitrogênio amoniacal no lixiviado necessita ser reduzida a menos de 100 mg/L, por processos de pré-tratamento como air stripping ou precipitação previamente ao tratamento biológico.

Çecen & Çakiro lu (2001); Chen, S. et al. (2001); Del Borghi, et al. (2003) também observaram a inibição do processo de lodos ativados pela alta carga de NAT, resultando na redução da eficiência de remoção de DQO, da taxa de nitrificação e acúmulo de produtos intermediários de nitrogênio.

Estudos prévios com tratamento biológico convencional em sistema de lodos ativados indicam que sua eficiência de tratamento é bastante afetada quando o lixiviado

contém altas concentrações de amônia livre. Shiskowski et al. (1998); Calli (2005); Wiszniowski et al. (2007) e Contrera (2008) recomendam um pré-tratamento físico- químico do lixiviado para remoção de amônia, tais como precipitação, coagulação- floculação, adsorção, oxidação química e air stripping.

Em geral, a precipitação química do nitrogênio resulta na sedimentação de um precipitado de baixa solubilidade contendo íons amônio e sais, produzindo um lodo rico em nitrogênio e um efluente com alto teor de sais. (Hossaka, 2008; Li et al. 1999). Apesar da alta eficiência obtida na remoção de amônia por precipitação química por Li, et al. (1999), Zhang et al. (2009), o processo implicou na formação de sais em alta concentração, podendo comprometer o tratamento biológico posterior.

Os resultados obtidos por diversos pesquisadores mostram que são necessárias dosagens muito acima do usual para obter apenas remoções moderadas de DQO por processo de coagulação-floculação. A compilação de resultados apresentados na literatura internacional feita por Renou et al. (2008) mostrou que a eficiência máxima de remoção de DQO normalmente não ultrapassa 50 %, tanto com o uso de cloreto férrico como com sulfato de alumínio, mesmo na presença de auxiliares de floculação. Essas baixas eficiências também podem ser devidas ao efeito da força iônica, conforme elucidado por Souto (2009) e Ferraz (2010), dificultam a ação dos agentes de coagulantes.

Conforme Aziz et al.(2004) , Kurniawan, Lo & Chan (2006), a adsorção é efetiva para remoção de compostos não biodegradáveis do lixiviado, remove mais que 90% de DQO, porém possui baixa eficiência na remoção de amônia. No caso da adsorção em carvão ativado, uma desvantagem é que o mesmo precisa ser regenerado, o que implica na elevação dos custos (Qasin e Chiang, 1994).

Com base nos resultados discutidos, pode-se concluir que nenhum dos processos é capaz de promover uma boa remoção de amônia sem que seus custos operacionais sejam elevados, tornando-se impraticáveis em localidades com limitações econômicas.

De acordo com Souto (2009) e Ferraz (2010), mostrou-se viável a remoção de nitrogênio amoniacal total (NAT) pelo emprego de torres de air stripping, apresentando eficiências de remoção em torno de 100 % em curto prazo de aeração. Quando se alcalinizou o lixiviado a pH 12, observou-se maior aceleração na remoção do NAT, acompanhada de alta remoção de cor.

Apesar da eficácia na remoção da amônia, associa-se como limitação do air

líquida, para a atmosfera, podendo causar vários impactos ambientais e problemas de saúde (Renou et al., 2008).

O uso dos chamados lavadores de gases é recomendado pela USEPA como instrumento de controle da emissão de amônia. O mecanismo de funcionamento desses lavadores é a absorção da amônia em um líquido no qual ela é solúvel (USEPA, 1995). É também comum o uso de soluções ácidas na neutralização da amônia, resultando em produtos que podem ser comercializados como fertilizantes (USEPA, 1995; Cardillo, 2002; Busca e Pistarino, 2003).

Cardillo (2002) realizou um estudo sobre a viabilidade econômica do pré- tratamento do lixiviado de aterros sanitários pelo uso de uma torre recheada aerada em escala piloto, com o intuito de se comercializar fosfato de amônio. O lixiviado produzido no aterro sanitário de Lara (Mauá – SP) foi submetido ao tratamento biológico, cujo custo operacional unitário é R$ 8,52/m³ de lixiviado. De acordo com o autor, esse valor é reduzido para R$ 2,37/m³ de lixiviado quando há a remoção prévia de amônia por air

stripping e, lodo após, seu aproveitamento e comercialização como fertilizante.

Bento et al. (2009) promoveram o tratamento do lixiviado utilizando uma torre de

air stripping para remoção de amônia e um reator de 4 L para recuperação dessa

substância. O volume da torre era de 10,6 L, recheada com brita nº 4. Foi utilizado 1 L da água residuária e os resultados indicam que, no ensaio com pH 10, a eficiência da torre foi de 87 % e 89 % da amônia removida da fase líquida e recuperada em solução ácido clorídrico 0,2 mol/L. No ensaio com pH 11, as eficiências da torre e unidade de recuperação foram, respectivamente, 97,5 % e 87 %.

Ferraz (2010) avaliou a remoção de amônia em torre de air stripping de 2,25 m de altura e 15 cm de diâmetro. Para o recolhimento da amônia foram usados dois frascos lavadores de 6 L, preenchidos com 4 L de solução de ácido sulfúrico 0,4 mol/L ou água. Os resultados obtidos indicaram remoção praticamente completa de toda a amônia contida no lixiviado. Nas diferentes condições operacionais avaliadas, a concentração de amônia remanescente no lixiviado foi igual ou inferior aos 20 mg/L determinados pela Resolução 430/2011 do CONAMA. Quanto ao recolhimento da amônia, a eficiência média obtida nos frascos lavadores próxima a 80 %, tanto quando utilizada a solução de ácido sulfúrico 0,4 mol/L quanto quando utilizada água.