AVALIAÇÃO DO USO DE BIOMASSA COMO ADSORVENTE PARA A SEPARAÇÃO DE CONTAMINANTES
ORGÂNICOS EM EFLUENTES LÍQUIDOS
T. C. Souza1, C. A. Ferreira1, P. C. Brandão2 , C. E. Hori3 e L. L. Romanielo3
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Aluno de graduação EQ/UFU 2Aluna do PPG-EQ/UFU 3Professora da FEQ/UFU Universidade Federal de Uberlândia − Faculdade de Engenharia Química
Bloco K, Campus Santa Mônica, Caixa Postal 593 38400 902 – Uberlândia (MG) – e-mail: lucienne@ufu.br
RESUMO – Compostos orgânicos tais como óleos lubrificantes, gasolina e óleo diesel, entre outros, são poluentes de difícil degradação, constantemente liberados nas bacias hidrográficas como resultado de diferentes atividades industriais. A crescente preocupação com o meio ambiente tem intensificado o estudo de técnicas de remoção destas cargas poluidoras dos efluentes líquidos. A adsorção é uma das operações unitárias que vem sendo intensamente investigada para esta finalidade. Além da preocupação com a eficácia de remoção de poluentes, o destino do adsorvente sólido utilizado no processo, após o término da sua vida útil, também requer estudos, uma vez que o descarte destes materiais em aterros é cada vez menos tolerado pela legislação. Assim, a situação ideal seria a utilização de adsorventes que já possuem um outro destino, mas que teriam o seu valor agregado aumentado pelo processo de adsorção. O objetivo deste trabalho foi investigar a capacidade de adsorção do bagaço de cana de açúcar para a remoção de hidrocarbonetos de efluentes líquidos. Os resultados demonstram que o bagaço apresenta-se como um potencial adsorvente de hidrocarbonetos.
INTRODUÇÃO
Experimentos de adsorção de contaminantes orgânicos, utilizando bagaço de cana como biomassa, foram realizados para investigar os fatores que influenciam e otimizam a bioadsorção do efluente orgânico. Neste trabalho, o comportamento experimental da adsorção do contaminante, foi estudado mediante a preparação sintética do efluente com experimentos em batelada e reator agitado. Determinou-se a capacidade de adsorção do sistema, em condições ambientes, sobre influência das variáveis: massa de bagaço de cana, massa de material orgânico disperso e agitação.
Foi realizada a determinação das condições ótimas de operação do reator batelada, a fim de se avaliar a eficiência do bagaço de cana como adsorvente de hidrocarbonetos derivados do petróleo.
Além disso, não se focou apenas o tratamento destes efluentes, mas o concomitante enriquecimento energético do bagaço de cana para sua posterior utilização como combustível em caldeiras.
MATERIAIS E METODOLOGIAS
Encontram-se especificados os procedimentos experimentais que foram empregados na caracterização do sólido.
Após a escolha da técnica mais adequada, foram realizados os ensaios de adsorção seguindo-se o planejamento que será detalhado a seguir. Os ensaios experimentais foram realizados nos laboratórios dos Núcleos de Físico-Química (NUFISQ), de Processos de Separação (NUCAPS) e de Biotecnologia (NUCBIO), da Faculdade de Engenharia Química da Universidade Federal de Uberlândia.
Caracterização físico-química do bagaço de cana
As características estruturais e químicas do adsorvente são de fundamental importância nas características adsortivas do mesmo. Assim, foram realizadas as seguintes caracterizações: granulometria, umidade, teor de cinzas, teor de matéria volátil e teor de carbono fixo. Antes de se iniciar estas determinações foi realizado um pré-tratamento do adsorvente, o qual consistiu das seguintes etapas:
Lavagem: O bagaço de cana é lavado com água abundante, e ao final enxaguado com água destilada, objetivando-se a remoção dos materiais indesejáveis como: pedaços de palha, areia ou madeira, que poderiam causar
interferência nos resultados experimentais.
Secagem em Estufa: Após a lavagem, bagaço é seco em estufa à 333K, por aproximadamente 40 h.
Moagem: Depois de seco, moe-se o bagaço em um liquidificado industrial, até a obtenção aproximada de granulometria inferior à 2 mm.
Amostragem: As características físicas e químicas de uma partida de material particulado são determinadas por meio de ensaios com pequenas amostras. As amostras devem ser representativas da partida de sólidos (“bulk quantity”). Um
método de amostragem muito utilizado é o das divisões sucessivas (método de coneamento ou quarteamento), que podem ser efetuadas manual ou mecanicamente. Manualmente, o material é empilhado na forma de um cone uniforme sobre uma superfície de papel ou outro material. Faz-se um achatamento do topo do cone, e o cone truncado é dividido em quatro partes iguais. Um par das quartas opostas é rejeitado e mistura-se bem o conteúdo do outro par preparando-se outro cone. O processo é repetido até o tamanho da amostra requerida ser obtido (MULLIN, 1992).
Valendo-se deste quarteamento, são obtidas três amostras, as quais serão utilizadas nos ensaios para caracterização física e química do material.
Os métodos empregados para determinação das características relevantes do adsorvente, para o presente estudo, são apresentados a seguir.
Análise Granulométrica: A análise granulométrica é um dos métodos utilizados para se efetuar a medida do tamanho de partículas simples ou sistemas de partículas. Consiste na determinação da distribuição de tamanhos de uma amostra de partículas. A série de peneiras TYLER é muito utilizada para a realização desta análise. A serie completa consiste de peneiras cuja razão entre as aberturas seja 2 ou então 4
2.
A fim de se avaliar o tempo ótimo de vibração e a reprodutibilidade dos dados serão realizadas análises granulométricas das três amostras obtidas pelo quarteamento.
Nas análises foram utilizadas as peneiras da série Tyler de malhas 9, 12, 16, 32, 80 dispostas em forma de uma pilha nesta ordem de modo que cada uma das peneiras inferiores tenham abertura menor que as superiores. A unidade disposta no fundo da pilha consiste no coletor de finos, sem perfurações. A amostra a ser analisada é colocada na peneira superior. O conjunto é disposto
em um equipamento gerador de vibração. Terminada a análise, são quantificadas as massas de cada uma das peneiras cuidadosamente.
Ao final da análise, as amostras foram catalogadas e dispostas em sacos plásticos, para posterior utilização.
Determinação do teor de cinzas: A determinação do teor de cinzas é feita por incineração simples, que consiste no aquecimento da amostra seca, em mufla elétrica, à temperatura de 773 a 873K, durante quatro horas ou até a obtenção de cinza clara, indicando ausência de matéria orgânica (A.O.A.C., 1984).
Esta análise fornece apenas uma indicação da riqueza da amostra em elementos minerais. É feita apenas para se conhecer o extrato não nitrogenado (ENN) e/ou a matéria orgânica de determinadas amostras, sem a preocupação do teor de minerais.
Por meio do aquecimento, todas as substâncias voláteis que se decompõem pelo calor serão eliminadas e a matéria orgânica é toda transformada em CO2,
H2O, etc. Alguns íons orgânicos como
tartaratos, acetatos e citratos podem também ser volatilizados. Certa quantidade de CO2 pode ficar retida na
cinza, formando carbonato com os metais alcalinos.
Determinação da umidade: A umidade corresponde à perda em peso sofrida pelo produto quando aquecido em condições nas quais a água é removida. O aquecimento direto da amostra à 378K em estufa e a pesagem de 4/4horas até peso constante é o procedimento mais usual (INSTITUTO ADOLFO LUTZ, 1985).
Determinação da matéria volátil: A determinação da matéria volátil será realizada segundo o procedimento encontrado no “Guia de Prática de Análise Imediata de Combustíveis Sólidos” da UFMG pelo endereço eletrônico: www.demec.ufmg.br/port/d_online/
diario/ema003/praticas/PratAl.htm, 2002. Consiste em se colocar 1,0 g de amostra isenta de umidade em um cadinho com tampa previamente seco e tarado, sobre a porta da mufla aquecida à 1253K durante 3 minutos. A seguir, coloca-se o cadinho no meio da mufla por 7 minutos com a porta fechada. Retira-se da mufla, deixa-se resfriar em desdeixa-secador e determina-deixa-se a massa final. A massa volátil corresponde à porcentagem da massa perdida em relação à massa original.
Determinação do Carbono Fixo: A determinação do carbono fixo foi feita segundo o procedimento encontrado no “Guia de Prática de Análise Imediata de Combustíveis Sólidos” da UFMG pelo
endereço eletrônico: http:// www.demec.ufmg.br/port/d_online/
diario/ema003/praticas/PratAl.htm, 2002. É feita por diferença entre a soma dos teores (%) de umidade, matéria volátil e cinzas e 100%.
Processo de adsorção
Foi colocado, em um Béquer de 100mL, um grama de bagaço de cana, com diâmetro médio de 0,750mm, juntamente com n-heptano e água sob agitação de quatro horas. As misturas tiveram concentrações de n-heptano de 2%, 5%, 7%,10% em água e volume total de 50mL para cada uma.
Em seguida, estas amostras foram submetidas a uma filtração a vácuo em um filtro poroso número quatro.
Cromatografia a gás
O cromatógrafo Shimadzu modelo GC 17 A, foi equipado com uma coluna Carboxen 1010 plot 30m e diâmetro de 0,53mm.
O gás de arraste utilizado no processo foi argônio, na vazão de 1,5mL/min, a temperatura da coluna foi mantida a 308 K, a razão de split em 70, a temperatura de detetor de ionização de chama e do injetor foram, respectivamente, 523 K e 493 K.
Estas condições acima citadas foram obtidas durante o processo de calibração do cromatógrafo, usando soluções de diferentes concentrações de n-heptano em cicloexano e, posteriormente, n-heptano puro, onde foi o tempo de retenção do n-heptano nestas condições
cromatográficas. O tempo de retenção foi de aproximadamente 3,9 min como mostra a Figura 1.
Em seguida foram analisadas as amostra obtidas na adsorção.
Figura 1: Curva de detecção do n-heptano puro
RESULTADOS E DISCUSSÕES Caracterização do bagaço de cana
Os resultados da caracterização físico-química do adsorvente são apresentados na Tabela 1.
Tabela 1- Caracterização físico-química do adsorvente Teores Resultados Umidade [%] 8,1 ± 0,1 Cinzas [%] 1,3 ± 0,1 Matéria volátil [%] 88,6 ± 1,7 Carbono fixo* [%] 1,9
*Carbono fixo [%] = 100 – umidade[%] – matéria volátil[%] – cinzas[%]
Análise Granulométrica: os dados obtidos são apresentados na forma de tabela (Tabela 2) e na forma gráfica (Figura 2).
Tabela 2: Resultados da granulometria
Malhas Dmédio (mm) Fração mássica (%) +9 > 2,00 2,3 -9 +12 1,705 34,7 -12 +16 1,205 23,6 -16 +32 0,750 20,3 -32 +80 0,3385 13,3 -80 < 0,177 6,1
Figura 2 : Distribuição granulométrica
Análise cromatográfica
As amostras obtidas após o processo de adsorção de 4 horas foram
injetadas nas condições cromatográficas citadas anteriormente, e verificou-se que todo o n-heptano foi adsorvido para todas as concentrações analisadas. A Figura 3 mostra a análise da amostra que com concentração inicial de 10 10% de n-heptano em água.Observa-se que a linha de base permaneceu inalterada, mesmo no intervalo entre 3,5min e 4,5min, que foi o intervalo onde o pico do n-heptano foi observado anteriormente.
Figura 3: Curva de detecção da amostra
CONCLUSÃO
Os valores encontrados na caracterização físico-química são condizentes com a literatura. Isso permitirá avaliar o quanto poder calorífico da cana foi aumentado pela adsorção de óleos.
A respeito da adsorção, o bagaço de cana de açúcar mostrou-se ser promissor na separação de contaminantes de
efluentes. Isso devido a sua grande área superficial, por ser um material poroso e formado por fibras.
Com pouco investimento e um bom planejamento pode-se implementar usinas de açúcar e álcool com o processo de adsorção já que no processo de extração da garapa, o bagaço está praticamente pronto para adsorver o óleo. Necessitaria apenas de secá-lo, o qual pode ser feito
com energia solar deixando o bagaço exposto ao sol.
REFERÊNCIAS
INSTITUTO ADOLFO LUTZ. Normas Analíticas do Instituto Adolfo Lutz. V.1. – São Paulo: O Instituto, 1985. MULLIN, J.W. Criystallization. .ed. Oxford: Butterworth-Heinemann, 1992.
AGRADECIMENTOS
Nós alunos agradecemos ao CNPq e ao MEC-Sesu pelas bolsas concedidas.
