Avaliação da utilização de carvão ativado em pó superfino (S-CAP) associado a membrana de microfiltração (MF) na remoção de atrazina de água de abastecimento

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2016.

A presença de compostos orgânicos pertencentes ao grupo dos poluentes emergentes, tal como o herbicida Atrazina, em mananciais, é preocupante pelo seu potencial nocivo a saúde humana. Consequentemente, há um grande interesse no desenvolvimento de tecnologias capazes de remover, de forma eficiente, estes compostos em estações de tratamento de água. Neste contexto, esta pesquisa teve por objetivo avaliar um sistema híbrido adsorção/filtração na remoção de Atrazina de água de abastecimento. O material adsorvente testado foi o carvão ativado em pó superfino (S-CAP), obtido a partir da moagem do carvão ativado em pó (CAP), produzido a partir de diferentes materiais precursores, sendo estes, o carvão betuminoso (BC), a madeira (WD) e a casca de coco (CS). No sistema híbrido foram utilizadas membranas de microfiltração de polivinilideno, com tamanho de poro de 0,1 µm. Para a água de estudo foi utilizada água sintética acrescida ou não de matéria orgânica natural (MON) proveniente do Rio Suwannee (RSMON) ou cálcio; também foram realizados ensaios com água natural proveniente do Rio Edisto (REMON). A metodologia foi dividida em três etapas distintas, sendo estas a caracterização do material adsorvente, os estudos cinéticos e os ensaios de adsorção/filtração. Na caracterização do material adsorvente, foi observado que características como tamanho de partícula, teor de oxigênio, pHpzc e área superficial variaram com o tempo de moagem e apresentaram correlação entre si. Os estudos cinéticos apontaram cinéticas de adsorção mais rápidas da atrazina para os BC S-CAPs, quando comparados com o BC CAP, principalmente na presença da RSMON. Os estudos de adsorção/filtração foram avaliados em termos de eficiência de remoção e fluxo de permeado. Todos os S-CAPs testados promoveram uma melhor remoção de atrazina quando comparado com seu respectivo CAP; entretanto, nenhum dos carvões testados se apresentaram eficientes na remoção da MON. Para todos os carvões testados, o fluxo do permeado variou de acordo com o tamanho de partícula dos S-CAPs, principalmente para os tempos de moagem mais longos (menores tamanhos de partículas). A MON foi a maior responsável pelo fouling da membrana, e não a presença das partículas de S-CAPs, conforme esperado, e a adição de cálcio auxiliou na obtenção de fluxos de permeado mais altos para os BC S-CAPs. No geral, observou-se que S-CAPs produzidos com tempos de moagem mais curtos, entre 10 e 30 minutos, apresentaram uma boa eficiência de remoção da atrazina e uma perda de fluxo aceitável, permitindo assim concluir que estes S-CAPs são os mais favoráveis para serem utilizados para o revestimento de membranas em sistemas híbridos.<br>

Abstract : Trace-contaminant synthetic organic chemicals (SOCs) such as pesticides, pharmaceuticals, and personal care products found in drinking water supplies are an increasingly worrisome threat to public health. Therefore, there is a great interest of developing technologies capable of removing these compounds from water in water treatment plants. In this context, the main objective of this study was to evaluate a hybrid adsorption/membrane system aiming atrazine removal from drinking water. The adsorbent used was the superfine powdered activated carbon (S-PAC), produced by milling activated carbons (PAC) of different materials, bituminous coal (BC), wood (WD) and coconut shell (CS). Microfiltration PVDF membranes with 0,1 µm average pore size were used. The performance of the hybrid system was evaluated for a varied water matrix, with or without NOM from Suwannee River (SRNOM) and calcium; and natural water from Edisto water was also used. The methodology was divided in three main steps, adsorbent characterization, kinetics studies and adsorption/membrane experiments. The first step showed that the adsorbent characteristics, such as particle size, oxygen content, pHpzc and surface area varied with the milling time and showed statistical correlation with each other. The second step showed the BC S-PACs faster kinetics, compared with the parent PAC, for atrazine, especially with SRNMO containing water. The adsorption/membrane system was evaluated in terms of removal efficiency and permeate flux. For every condition studied and for each carbon tested, the atrazine removal by S-PACs was superior to the respective parent PACs. NOM adsorption was not found to be significantly higher on S-PAC than PAC, and the general removals were low. Oxygen content and specific external surface area (both of which increased with longer milling times) were the most significant predictors of atrazine removal. The permeate flux varied with the S-PAC particle size, especially for the longer milling times (smaller particle sizes). In most experiments, NOM caused much greater fouling than S-PAC. In the presence of NOM, calcium resulted in improved flux of the BC S-PACs by aiding in the capture of NOM within the carbon layer. In this study carbons milled for the relatively short time (relatively low energy) of 10-30 minutes were the most favorable to be used in hybrid systems.