Aplicação de biopolímero de lodo granular aeróbio como material biossorvente de fósforo de amostras líquidas e seu potencial uso como fertilizante pós-adsorção

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2020.

As atividades e ações antrópicas vêm exaurindo muitas fontes de recursos naturais importantes para a sobrevivência humana, entre elas o fósforo. Estimativas indicam que este elemento, um dos principais nutrientes para a produção alimentícia, pode acabar nos próximos anos. O fósforo é também considerado um nutriente limitante quando se avaliam os impactos causados por sua presença nos corpos hídricos, já que é um dos responsáveis pela eutrofização. Este cenário vem fomentando pesquisas e tecnologias, visando à recuperação deste elemento e de outros materiais com valor agregado, a partir de efluentes. Os conceitos de ?economia circular?, ?biorefinaria? e ?EcoSan? aplicados no contexto do saneamento visam reaproveitar produtos, diminuindo sua demanda a partir de fontes naturais e preservando o meio ambiente. Neste sentido, este trabalho teve como objetivo avaliar a aplicação do biopolímero alginate-like exopolymer (ALE) na forma de esferas, obtido a partir de lodo granular aeróbio (LGA) produzido em um reator operado em bateladas sequenciais, tratando esgoto sanitário, como um novo material adsorvente de fósforo e seu potencial uso como fertilizante pós-adsorção. A metodologia envolveu as seguintes etapas: (1) extração e caracterização do material; (2) testes de adsorção de fósforo de amostras de efluente sintético e de urina humana; e (3) potencial de uso do material como fertilizante. Em paralelo foi efetuada a comparação do ALE com o alginato de sódio. O percentual de ALE recuperado foi de 21,29±1,57 % a partir do lodo granular aeróbio descartado. No processo de adsorção de fósforo houve a produção de um precipitado, que foi minimizada pela seleção das variáveis de controle, como o pH e a temperatura do meio. As esferas de ALE apresentaram um potencial de remoção de fósforo (49,54±2,23 %) presente na amostra líquida maior do que o resultado obtido pelo alginato de sódio (36,78±2,10 %). O resultado do delineamento experimental indicou que o pH e a dose de esferas de ALE são os principais parâmetros que influenciam na remoção de fósforo. Foi possível ajustar modelos teóricos de adsorção para o uso do ALE como adsorvente, sendo que o modelo de isoterma de Langmuir foi o melhor ajustado. O ALE também removeu fósforo (60%) presente na urina humana diluída (10 vezes), entretanto observou-se que na urina concentrada há uma interação entre o material adsorvente e os demais compostos presentes na amostra reduzindo a eficiência do processo de adsorção. Os experimentos de regeneração das esferas de ALE e de recuperação do fósforo mostraram um potencial de uso deste biomaterial como fonte de liberação lenta de fósforo.

Abstract: Human activities and actions have been depleting many sources of natural resources important for human survival, including phosphorus. Estimates indicate that this element, one of the main nutrients for food production, may end in the coming years. Phosphorus is also considered a limiting nutrient when assessing the impacts caused by its presence in water bodies, as it is one of those responsible for eutrophication. This scenario has been promoting research and technologies, aiming at the recovery of this element and other materials with added value, from effluents. The concepts of \"circular economy\", \"biorefinery\" and \"EcoSan\" applied in the context of sanitation aim to reuse products, reducing their demand from natural sources and preserving the environment. In this sense, this work aimed to evaluate the application of the alginate-like exopolymer (ALE) in the form of beads, obtained from aerobic granular sludge (AGS) produced in a reactor operated in sequential batches, treating sanitary sewage, as a new phosphorus adsorbent material and its potential use as post-adsorption fertilizer. The methodology involved the following steps: (1) extraction and characterization of the material; (2) phosphorus adsorption tests on samples of synthetic effluents and human urine; and (3) potential for using the material as a fertilizer. In parallel, ALE was compared with sodium alginate. The percentage of ALE recovered was 21.29 ± 1.57% from the aerobic granular sludge discarded. In the phosphorus adsorption process, a precipitate was produced, which was minimized by the selection of control variables, such as pH and medium temperature. The ALE spheres showed a potential for phosphorus removal (49.54 ± 2.23%) present in the liquid sample greater than the result obtained by sodium alginate (36.78 ± 2.10%). The result of the experimental design indicated that the pH and the dose of ALE beads are the main parameters that influence the removal of phosphorus. It was possible to adjust theoretical adsorption models for the use of ALE as an adsorbent, with Langmuir model being the best adjusted. ALE also removed phosphorus (60%) present in diluted human urine (10 times), however it was observed that in concentrated urine there is an interaction between the adsorbent material and the other compounds present in the sample, reducing the efficiency of the adsorption process. The experiments of regeneration of the spheres of ALE and recovery of phosphorus showed a potential use of this biomaterial as a source of slow release of phosphorus.