Remoção de Amônia por Arraste com Ar (Stripping)

No lixiviado de aterros sanitários, freqüentemente a amônia é encontrada em concentrações elevadas, superior a 1.000 mg N-NH3/L. Por sua altas solubilidade e

concentrações é um importante traçador da contaminação do lixiviado nos corpos hídricos (MANNARINO, 2003). Elevadas concentrações de nitrogênio amoniacal presente no lixiviado, são geralmente encontrados em lixiviados de aterros antigos e são geradas em conseqüência da degradação biológica anaeróbia de aminoácidos e outros compostos orgânicos nitrogenados, durante a fase acetogênica, podendo ocorrer elevadas concentrações de amônia (ILIES & MAVINIC, 2001; IM et al., 2000; OLIVEIRA & MOTA, 1998).

A utilização do tratamento biológico, sem a prévia remoção de amônia, acarretaria um grande consumo de energia elétrica para a introdução do oxigênio nos reatores biológicos, visto que cada grama de nitrogênio amoniacal consome 4,6 gramas de oxigênio (CARDILLO, 2008). Além disso, a presença do nitrogênio e do fósforo em grande quantidade pode prejudicar os corpos hídricos através do desenvolvimento de algas, que leva ao fenômeno da eutrofização (JORDÃO & PESSÔA, 2005).

De acordo com Bidone (2007), a remoção de amônia por aeração mecânica é muito difundida como “remoção de amônia por arraste com ar” (em inglês, ammonia

stripping), consistindo na elevação do pH do lixiviado para valores próximos a 11 (ou

superiores), fazendo-se com que prevaleça na massa líquida o N-amoniacal na forma de NH3 (amônia gasosa). De acordo Qasin & Chiang (1994) existe simultaneamente a

remoção dos Carbonos Orgânicos Voláteis (COV).

Para se obter esta condição, usualmente é adicionado Ca(OH)2 (hidróxido de cálcio) ou

NaOH (Hidróxido de sódio) afim de que seu pH chegue próximo a 11. Logo após são produzidas bolhas de ar que arrastam o NH3 para atmosfera (SCHIMANKO, 2008).

De acordo com Silva (2002) e Schimanko (2008), o processo de arraste é simples, mas a literatura apresenta algumas vantagens e desvantagens. As desvantagens podem ser relacionadas como:

1. Altos custos de operação e manutenção, pois requer cal e ácidos para o controle do pH;

2. O processo é sensível à temperatura, pois há solubilização da amônia com a diminuição da temperatura;

4. Poluição Acústica;

5. Odor e poluição atmosférica gerada pela amônia ao ser lançada na atmosfera; e, 6. Geração de lodo pela introdução do alcalinizante.

Algumas vantagens devem ser consideradas:

1. O processo pode ser controlado para se obter uma determinada remoção da amônia;

2. A maioria da aplicabilidade é requerida em combinação com sistema de cal para remoção de fósforo;

3. O processo pode levar o lixiviado a alcançar o padrão necessário para lançamento;

4. Não é sensível as substâncias tóxicas.

De acordo com Giordano (2003), avaliações de diversos processos de tratamento foram realizadas na Itália, conforme observado por Collivignarelli et al. (1993), e no que se refere à remoção de amônia por alcalinização e stripping, esta associação de processos químicos e físicos foi considerada a melhor forma de remover o nitrogênio amoniacal. De acordo com Renou et al. (2008), o stripping atualmente é o método mais usado para eliminar altas concentrações de nitrogênio amoniacal, tanto no tratamento de esgotos quanto no tratamento de lixiviado de aterros. O desempenho desse método pode ser avaliado em termos de eficiência de remoção de nitrogênio amoniacal.

Na literatura, existem diversos trabalhos que abordam o método de stripping em lixiviado de aterro sanitário. Diversas técnicas baseadas nesse método são descritas (KEENAN et al., 1984; OZTURK et al., 2003; CHEUNG et al., 1997; LEI et al., 2007; GIORDANO, 2003; CAMPOS et al., 2007; BENTO et al., 2008; OLIVEIRA et al., 2008; SANTANA-SILVA, 2008; DA SILVA et al., 2009; FERREIRA et al., 2009), variando o pré-tratamento, tempo de aeração, fluxo de ar injetado, o tipo e concentração do produto químico usado para ajustar o pH e temperatura.

Keenan et al. (1984) controlaram as concentrações de N-amoniacal em uma lagoa de

stripping. A concentração média de N-amoniacal no lixiviado afluente à lagoa era igual

tanque de equalização e de um reator cilíndrico de contato de fluxo ascendente, operando sob TDH igual a 1,7 h, dentro do qual, através da adição de solução de cal, obtinha-se a elevação de pH, além de coagulação e precipitação de metais pesados e de parte da carga orgânica do lixiviado. Os autores obtiveram eficiência média de 50% de remoção de amônia no sistema.

O tratamento de lixiviados estabilizados do aterro de Thessaloniki, na Grécia, usando o processo de stripping por 24h foi investigado por Diamadopoulos (1994). Com uma concentração inicial de nitrogênio amoniacal de 2.215 mg/L, cerca de 95% foi removido em pH de 11,5.

Cheung et al. (1997), tratando lixiviado do aterro de Junk Bay, em Hong Kong, em escala de laboratório, obtiveram uma remoção de 90% de nitrogênio amoniacal com uma concentração inicial de 500 mg/L. Ressalta-se que os autores utilizaram cerca de 10 g/L de cal para elevar o pH a 11.

Ozturk et al. (2003) conduziram experimentos em béqueres de 1 litro, objetivando comparar o stripping com e sem aeração, para isso variaram as concentrações de hidróxido de cálcio (4.8, 6.6 e 8.0 mg/l) e o pH (10, 11 e 12, respectivamente). Tais dosagens de hidróxido de cálcio foram investigadas em diferentes tempos de aeração (0.5-2h e durante 24h) utilizando uma vazão de ar de 7,6 L/min. Paralelamente, com as mesmas concentrações e pH, também foi avaliado o stripping sem aeração durante 24 horas. Os melhores resultados foram observados para o período de 2 horas de aeração em pH 12, cujos valores de remoção para nitrogênio amoniacal foi 72%, e no período de 24 horas sem aeração, resultando em 95% de remoção desse contaminante.

Em escala de laboratório, Calli et al. (2005) tratando lixiviados jovens do aterro de Komurcuoda, na Turquia, pelo processo de stripping durante 12h, cerca de 94% do nitrogênio amoniacal foi removido com uma concentração inicial de 3260 mg/L, utilizando 11 g/L de cal. Além disso, obteve uma remoção de 15% de DQO durante este processo.

Giordano (2003), através de ensaios de laboratório demonstrou que a NH3(aq) é passível

de um difusor de vidro sinterizado imerso em um becher de 1 L, variando-se também o pH do lixiviado através da utilização de hidróxido de cálcio. Amostras da fase líquida foram coletadas em intervalos de tempo definidos para os testes, e analisados quanto ao teor de N-NH3. O sistema obteve uma eficiência superior a 90% de amônia em até

quatro horas na temperatura de 22oC. Kargi & Pamukoglu (2004) utilizaram uma solução de leite de cal (1g/L) para elevar o pH do sobrenadante para 12 e a aeração foi feita por 45 min para reduzir o conteúdo de nitrogênio amoniacal a níveis desejados. Os autores obtiveram com esse pré-tratamento uma significativa remoção de nitrogênio amoniacal e DQO.

Bento et al. (2008), realizaram o processo de striping de amônia no Jar Test, constituído por 6 unidades com capacidade unitária de 1,2 L, com velocidade rotacional de 90 rpm sob agitação mecânica. O lixiviado foi submetido a dois tratamentos, sendo o primeiro tratamento, pH 8 e tempo de monitoração foi de 110 horas; no segundo tratamento, pH 9 e o tempo de monitoração de 96,0 horas. Ao término do experimento observou-se que no Tratamento 1 a eficiência na remoção do nitrogênio amoniacal foi de 96,6% para a Célula 1 e 98,0% para a Célula 2. No Experimento 2, foi alcançada uma remoção de nitrogênio 92,7% para a célula 1 e 92,9% para a Célula 2.

Da Silva et al. (2007), monitoraram durante 20 dias, um sistema constituído de um recipiente contendo 15L de lixiviado coletado do Aterro Controlado de Londrina. Utilizou-se para o revolvimento do conteúdo líquido uma bomba tipo submersa apenas para mantê-lo em movimento, sem provocar aeração, para favorecer a volatilização da amônia livre por “stripping”. Observou-se que após 20 dias houve remoção de 79% de N- amoniacal, o pH manteve-se constante e ocorreu queda de alcalinidade.

Oliveira et al. (2008) realizaram o stripping a partir de um sistema experimental constituído por reatores em batelada sem alimentação mecânica de ar, com delineamento experimental de 4 tratamentos e 3 repetições. Nos reatores em batelada o substrato aplicado para alimentação foi constituído por lixiviado e efluente de lagoas facultativas primárias tratando esgoto doméstico em 4 diferentes proporções, sendo que o efluente foi adicionado na proporção de 10%, 20% e 30% em volume ao lixiviado a ser tratado. Ao término do experimento observou-se que, o tratamento combinado de

lixiviado e efluente de lagoas facultativas primárias apresentou resultados satisfatório chegando a remover 97,6% de nitrogênio amoniacal, sendo que a eficiência na remoção estava diretamente associada ao percentual de efluente de lagoas facultativas primárias utilizado na preparação do substrato. Campos et al. (2007) realizaram os ensaios em batelada, utilizando-se um bécher e uma placa de agitação/aquecimento e um volume reacional de 2 litros. O lixiviado foi aerado através de compressor de aquário. Foram realizados experimentos com o pH normal da amostra e pH 11,0 e nas temperaturas ambiente (25 oC e 65 oC), e obtiveram uma remoção de 96% de amônia, nos ensaios sem ajuste de pH e a 65 oC.

Santana-Silva (2008), nos estudos realizados em laboratório com béckers utilizando injeção de ar, realizado em 1 litro de lixiviado pré-tratado, mostrou que a concentração de nitrogênio amoniacal foi reduzida significativamente com o tempo, sendo esse decréscimo mais acentuado para as vazões de 5 e 10 L/min do que para 2 L/min e sem aeração. Observou-se que durante 6 horas de injeção de ar com vazões de 5 L/min e 10 L/min, a remoção de nitrogênio amoniacal alcançou valores médios de 90 e 92%, respectivamente. Porém para a vazão de 2 L/min, a eficiência superior a 90% de remoção do N-amoniacal só foi atingida após 12 horas de aeração. Ressalta-se que para as aerações de 5 e 10 L/min, após 12 horas, a remoção foi de aproximadamente 99%. Leite (2007), realizou o stripping de amônia em lixiviados empregando um sistema experimental constituído por reatores em série, com alimentação forçada de ar e correção de pH, conforme Figura 2.5. Os reatores foram projetados com profundidade média de 50 cm e tempo de detenção hidráulica da série de reatores igual a 60 dias. Para esses reatores, a eficiência média de remoção de nitrogênio amoniacal foi de 96,10%. Luna et al.,(2009) realizaram estudos em reatores de fluxo pistonado monitorados com carga superficial aplicada de 600kgNH4+ ha -1.dia-1 e TDH igual a 50 dias, e obtiveram

Figura 2.5 - Reatores de stripping em série com o sistema de agitação (LEITE, 2007 apud SANTANA-SILVA, 2008).