Remoção de ferro e manganês de água de abastecimento por meio de filtração adsortiva

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2010

O presente trabalho teve como objetivo principal remover ferro (Fe) e manganês (Mn) de águas para abastecimento empregando filtração adsortiva. Para isso, foram testados como componente principal do filtro dois materiais adsorventes: carvão adsorvente Carbotrat Premium® e zeólita Controll M.F. 574®, ambos disponíveis comercialmente. Foram efetuados estudos de caracterização dos materiais, ensaios de lixiviação, estudos físico-químicos para determinar as capacidades e as cinéticas de adsorção dos materiais e ensaios de remoção de Fe e Mn em escalas laboratorial e piloto. Nos dois materiais adsorventes, as análises de EDX e difração de raio-x permitiram identificar a presença de diferentes óxidos, sendo boa parte óxidos de ferro (FeO.Fe2O3) e manganês (Mn3O4), além de outras espécies. Os ensaios de lixiviação mostraram a necessidade de uma lavagem prévia dos materiais antes de seu uso, a fim de amenizar possíveis interferências pelos compostos solúveis provenientes dos resíduos dos processos de fabricação. Contudo, os resíduos derivados da lavagem dos materiais adsorventes estão de acordo com os padrões de lançamentos de efluentes estabelecidos pela Resolução 357/2005 do CONAMA. Os resultados obtidos nos ensaios de isoterma de adsorção permitiram verificar que a adsorção de Fe e Mn pelo carvão adsorvente apresentou um comportamento de isoterma linear, indicando um processo de fisiossorção e quimissorção. A mesma relação foi observada para a adsorção de Fe pela zeólita. Já para o caso de adsorção de Mn pela zeólita foi observado que este sistema segue o modelo de isoterma de Langmuir, o qual descreve a formação de uma monocamada do íon metalíco na superfície da zeólita. A capacidade máxima de adsorção do Mn pela zeólita foi de 10,75 mg g-1. A avaliação do mecanismo cinético que governa o processo de adsorção de Fe e Mn pelos materiais adsorventes foi realizada testando os modelos cinéticos de pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem e difusão intrapartícula. O modelo que melhor adequou os dados experimentais para todos os ensaios e para ambos os materiais foi o de pseudo-segunda ordem, apresentando um coeficiente de correlação 0,999 em praticamente todos os casos. Os ensaios de remoção de Fe e Mn realizados em escala laboratorial com colunas de fluxo descendente permitiram avaliar a eficiência de cada material adsorvente em função das diferentes concentrações dos íons estudados a partir de amostras de água de diferentes etapas do processo (água bruta, água aerada e água decantada) de tratamento da ETA. O carvão adsorvente mostrou-se um bom material para a remoção de Fe e Mn em concentrações maiores que 0,1 mg L-1. No entanto, a zeólita apresentou um comportamento melhor, independente da faixa de concentração, seja superior ou inferior a 0,1 mg L-1. Logo, o material adsorvente escolhido para a composição do filtro em escala piloto foi a zeólita e o local mais indicado para sua montagem foi após o tanque de decantação. Os ensaios de remoção de Fe e Mn realizados com o filtro de fluxo descendente em escala piloto mostraram que a condição apropriada de operação do filtro foi aplicando uma taxa de 125 m3/m2dia, onde o tempo da carreira de filtração foi de 30 horas, um tempo considerado adequado para filtros rápidos. Além disso, a zeólita apresentou uma eficiência de remoção de Fe e Mn superior a 60% e 80%, respectivamente, produzindo uma água de boa qualidade com turbidez em torno de 0,42 UT. Com base nos estudos realizados estes materiais adsorventes, principalmente a zeólita, poderiam ser utilizados para remoção de Fe e Mn de águas de abastecimento em filtros em escala real para minimizar problemas provocados pela presença destes metais em sistemas de tratamento.