AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DO GRADIENTE DE VELOCIDADE E ADIÇÃO DE SEMENTES NO TESTE DE APRENDIZAGEM DE STRAUVITE”. Avaliação da influência do gradiente de velocidade e adição de enxerto em experimentos de precipitação de estruvita. Neste trabalho foram analisadas as condições de remoção e recuperação de fósforo em efluentes sintéticos em condições controladas de laboratório.
Os resultados da pesquisa confirmaram a ligação do gradiente de velocidade com a remoção de fosfato dos efluentes e a recuperação de cristais de estruvita, com eficiência superior a 85%. 17 Tabela 3.2 - Limites de fósforo total (mg/L) para lançamento de efluentes por classe de corpo de água doce, conforme CONAMA 357/05. 30 Tabela 4.2 - Relações entre os nutrientes utilizados na comparação das metodologias de análise de precipitação de estruvita. gradientes de taxa e remoção de fosfato sem semeadura..42 Tabela 5.3 - Relação entre gradientes de taxa e remoção de fosfato usando estruvita como eficiência semente5 -42. sem adição de sementes, calculada estequiometricamente.42 Tabela 5.5 - Eficiência de remoção de fosfato com adição de sementes, calculada estequiometricamente..43 Tabela 5.6 - Comparação da eficiência de remoção de fosfato entre métodos, sem uso de semeadura.
43 Tabela 5.7 - Comparação das eficiências de remoção de fosfato entre métodos de semeadura. 33 Figura 4.7 – Difratograma da presença de estruvita obtido de esgoto sintético 36 Figura 5.1 – Relação entre as frações molares e o pH dos íons constituintes necessários para a formação da estruvita.
Introdução
Objetivos
Revisão Bibliográfica
- Fósforo
- Legislação
- Efluentes Sanitários
- Recuperação de Fosfato
Segundo Loureiro et al. 2008), o fósforo existe em abundância na natureza (é o décimo elemento mais comum): 1.050 ppm na crosta terrestre e níveis médios de 8.690 ppm em carbonatitos, 650 ppm em granitos e 390 ppm em diabásios. Segundo von Sperling (2014), os efluentes contêm altas concentrações de fósforo, que sem o controle adequado da deposição acelera o processo de eutrofização, causando a degradação da biota natural do ambiente e impedindo a sobrevivência de organismos aeróbicos. 2012) explica que é necessário remover o fósforo presente nas águas residuais e essa remoção pode ocorrer de duas formas: remoção biológica ou remoção físico-química e finaliza afirmando que a remoção físico-química é mais sustentável economicamente, devido à penetração obtida. do tratamento secundário são encontradas altas concentrações de fósforo, nitrogênio e magnésio, o que permite sob certas condições sua precipitação na forma de um mineral chamado estruvita ou MAP (MgNH4PO4.6H2O). Von Sperling (2014) descreve que as concentrações de fósforo afluentes em sistemas de tratamento de águas residuais costumam apresentar valores acima de 4 mg/L, enquanto a eficiência global dos diferentes tipos de tratamento apresenta valores abaixo de 35%.
Cristais de estruvita também são formados nas linhas de recirculação do sobrenadante do digestor e durante a descarga de lodo, o que causa incrustações especialmente em cotovelos e bombas de sucção (Aidar, 2012). Em geral, o produto das concentrações molares dos componentes formadores de estruvita presentes na fase líquida do digestor anaeróbio não é suficiente para induzir a formação de uma quantidade significativa deste produto, limitando a eficiência da recuperação do fósforo. A precipitação de estruvita em estações de tratamento de esgoto apresenta-se como uma possibilidade de obtenção de fósforo.
Essa estruvita tem a possibilidade de oferecer potencial econômico, considerando os volumes normalmente tratados nas ETEs, e considerando que a estruvita pode ser utilizada como matéria-prima para a indústria de fertilizantes, pois possui baixa taxa de liberação de nutrientes, o que reduz a frequência de aplicação além de acompanhar todo o período de crescimento da planta (Barros et al., 2012). Em um extenso estudo, Aidar (2012) investigou os fatores intermediários na cristalização da estruvita, com foco na recuperação do fósforo. A cristalização é uma etapa necessária para que os cristais de estruvita formados tenham as propriedades físicas ideais para serem assimiladas pelas plantas presentes no solo, e igualmente importante para que seja adequado como produto econômico.
Ledesma (2014) aplicou os estudos de Aidar (2012) em experimentos de recuperação de estruvita do efluente do reator anaeróbio upstream (ARFA), investigando detalhadamente o efeito de diversos parâmetros para tal. encontrar as proporções ótimas para a produção de estruvita de acordo com o tipo de efluente tratado. Semelhante a este estudo, Barros et al. 2012) conseguiu precipitar estruvita em efluentes sintéticos em amostras feitas a partir de soluções estoque preparadas com fosfato de potássio monobásico (K2HPO4), cloreto de amônio (NH4Cl) e cloreto de magnésio hexa-hidratado (MgCl2.6H2O) diluídos em chumbos destilados. A estruvita (Figura 3.1) é um sal interessante procurado pelo processo de precipitação química, descrito como um mineral branco que se forma em soluções supersaturadas (Rahaman et al., 2008 apud Ledesma, 2014).
As condições de pH de Barros et al. 2012) estão de acordo com a literatura sobre as condições de remoção máxima de fósforo.
Materiais e Métodos
Materiais Utilizados
Metodologia
- Descrição da prática
- Produção do efluente sintético
- Quantificação do Fosfato
- Ensaio de Precipitação no Jar-Test
- Reação química
- Cristalização
- Filtragem
- Secagem e armazenamento
- Análise
- Difração de raios-X
- Tratamento dos dados
Notamos que um pó fino se depositou no fundo do tubo de ensaio, indicando a presença de estruvita. Para avaliar a influência dos gradientes de velocidade no processo de cristalização do sal, um experimento foi realizado para os gradientes 76s-1, 97s-1 e 165 s-1. Medir o pH da água destilada em laboratório e adicionar 2 L da mesma a cada recipiente do Jar-Test.
Na presença de íons cálcio, o aumento da relação N/P favoreceu a formação de estruvita sobre os fosfatos de cálcio e magnésio. Se os valores de balanço de massa encontrados pela metodologia utilizando o dispositivo de medição (Figura 4.5) e os calculados estequiometricamente forem comparáveis, pode-se avaliar a confiabilidade do dispositivo e da metodologia proposta. O processo de aplicação do gradiente de velocidade para os experimentos de precipitação é análogo ao processo realizado em um teste de coagulação em Jar-Test (Figura 4.6) para tratamento de água em ETAs.
O Jar-Test é um equipamento de laboratório utilizado no teste de floculação, processo utilizado em estações de tratamento de água que faz com que partículas finas de água e areia se unam para formar partículas maiores, facilitando a purificação. O objetivo do teste de floculação realizado pelo Jar-Test é determinar a dosagem ideal dos reagentes (sulfato de alumínio, soda e polieletrólito) e determinar o pH ideal de floculação. A determinação das dosagens ótimas é feita através de ensaios e comparações, análises feitas pelo Jar-Test que permite até 6 testes simultâneos.
O Jar-Test possui de 3 a 6 testes, cada teste tem até 2 litros e dependendo do modelo do equipamento pode fornecer ao usuário controle digital de velocidade. A reação química para a precipitação do fosfato na forma de estruvita ocorre em condições específicas de pH, entre 8,30 e 11, (Ledesma, 2014). Após esta etapa, o pH foi corrigido para 9,5±0,2 com solução de hidróxido de sódio (NaOH), 0,1 mol/L, e em seguida foram adicionados 10mL de cada uma das soluções de sulfato de magnésio (MgSO4.6H2O) e cloreto de amônio (NH4Cl). colocados nos vasos Jar-Test e o gradiente de velocidade selecionado para o experimento é aplicado.
Para experimentos de cristalização sem uso de semeadura, os reagentes são colocados apenas nas doses prescritas e o gradiente de velocidade é aplicado. Em experimentos utilizando a técnica de semeadura, uma quantidade de 500 mg de estruvita obtida em testes de overdose realizados anteriormente foi colocada em cada jarro Jar-Test. O difratograma deve corresponder ao encontrado por Barros et al. 2014) (Figura 4.7), para a confirmação de estruvita como precipitado.
Resultados e Discussões
- Efluente Sintético
- Difração de Raios-X
- Cristalização
- Cristalização sem semeadura
- Cristalização com semeadura
- Filtragem e Secagem
- Análise dos Dados
- Análise dos dados pelo HI717-25
- Análise dos dados por balanço de massa
- Comparação entre os Métodos
Os primeiros testes em condições de supersaturação tiveram sucesso na produção de precipitação, embora não seja possível avaliar a taxa de remoção pelo método usando o medidor HI717-25, pois a diluição para ajustar a quantidade de fosfato à faixa de leitura do equipamento deve ser feito em doses inferiores a 1 ml. O sal recuperado nesta etapa (Tabela 5.1) foi analisado por difração de raios X (Figura 5.2) no Nanolab, Laboratório de Ciência de Materiais, na Ufop. Nos experimentos sem adição de sementes, observou-se a formação de pequenos grânulos dispersos na massa líquida.
Nos experimentos com semeadura, observou-se turbidez da água residuária e aspecto leitoso devido ao material depositado (Figura 5.3). Nos experimentos sem o uso de seeding, sobraram poucos cristais na membrana de filtração, e em alguns experimentos pequenas impurezas. Depois de calculadas as eficiências de remoção de fosfato reativo dos dois métodos, podemos comparar os valores encontrados e as razões pelas quais eles foram apresentados como tal.
Esta variação leva à conclusão de que o medidor HI717-25 não foi eficiente para experimentos trabalhando com concentrações de fosfato acima de 30ppm, nem mesmo para medições de diluição. Essas diferenças podem ser decorrentes de contaminação de fósforo nas vidrarias e acúmulo de erros, tanto nas diluições para quantificação inicial quanto final de fosfato, além de um possível erro já associado ao aparelho. Dos gradientes de taxa testados, o que deu melhor resultado pelo cálculo estequiométrico foi o 76s-1, com valores de remoção de fosfato um pouco maiores que o gradiente 97s-1.
O gradiente de velocidade mais rápido, 165 s-1, promove maior agitação dos reagentes, quebra os cristais, causa granulometria muito fina que não é retida pela membrana utilizada, o que reduz a eficiência na remoção do fosfato presente no efluente, promovem. Considerando efluentes reais, a baixa eficiência de remoção de fosfato medida e calculada (cerca de 6%) pode ser alcançada, se levarmos em consideração as vazões operadas nas ETEs, seja pelo impacto ambiental causado pelo lançamento de fósforo na água dos corpos d'água para reduzir , ou mesmo a possibilidade de retorno econômico. Como exemplo, podemos imaginar uma unidade de tratamento terciário para remoção de fósforo em uma ETE como a Arrudas, da Copasa, na região metropolitana de Belo Horizonte, operando com uma vazão de aproximadamente 2250 L/s (Copasa, 2009) ) com baixa presença de fósforo, 4mg/L (Metcalf & Eddy, 2003), e remoção em tratamentos anteriores de 35% (von Sperling, 2014) chegando ao tratamento terciário seria de 40,3 (considerando a eficiência de 6%) kg de fósforo para atingir os corpos d'água diariamente (Tabela 5.8).
Se considerarmos que essa eficiência pode chegar a valores próximos a 85% utilizando a estruvita como semente, que seria produzida na própria ETE, a massa de fósforo que não poderia ser descartada seria de 430 kg por dia, o que geraria mais de 3,3 toneladas de estruvita por dia e pode até representar uma possibilidade real de lucro econômico no processo, se considerarmos as ordens de grandeza das massas obtidas.
Conclusões
Experimente com gradientes de taxa abaixo de 97s-1 e avalie a eficiência da cristalização e subsequente remoção de fosfato. Ajustar o tempo de residência do efluente no reator para avaliar os efeitos na cristalização da estruvita. Considere uma análise de custo-benefício com os valores de recuperação de estruvita encontrados, levando em consideração os custos dos reagentes e as eficiências de recuperação dos cristais.
