Eficiência de argilas esmectitas na adsorção da amônia de efluentes sintéticos e aquícolas e, sua aplicação sob a influência de diferentes temperaturas durante o cultivo de jundiá (Rhamdia quelen)

Orientadora : Profª. Drª. Lilian Dena dos Santos

Co-orientador : Prof. Dr. Helton José Alves

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Palotina, Programa de Pós-Graduação em Aquicultura e Desenvolvimento Sustentável. Defesa: Curitiba, 18/07/2014

Inclui referências

Área de concentração:Aquicultura

Resumo: A amônia é o principal produto de excreção dos peixes, e na forma não ionizada é tóxica para os organismos aquáticos. A adsorção em superfícies sólidas é um processo eficiente para remover amônia do meio aquoso, e algumas matérias-primas naturais abundantes, de baixo custo, possuem grande potencial. Na presente dissertação foram desenvolvidos dois experimentos sobre a adsorção de amônia por argilas do grupo das esmectitas, em efluentes sintéticos e aquícolas, assim como durante o cultivo de Rhamdia quelen, sob a influência de diferentes temperaturas. O primeiro experimento teve como objetivo avaliar a eficiência de três argilas esmectitas in natura (argila 1 - branca, argila 2 - beje e argila 3 - avermelhada), com composições químicas variadas, como adsorventes na remoção de amônia em efluentes aquícolas. Para a caracterização das esmectitas foram realizadas análises por fluorescência de raios X (FRX), difração de raios X (DRX), Infravermelho (IV), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e fisissorção de nitrogênio (BET). Foram realizados ensaios de efeito da dosagem do adsorvente na remoção de íon amônio, curva padrão de adsorção com efluentes sintéticos (contaminados por NH4+) e análise de remoção de NH4+ de efluentes aquícolas por adsorção. Na determinação da melhor dosagem em eficiência de remoção do íon amônio de cada adsorvente, foi verificado que na argila 1 foi a dosagem de 7,50% (97,84% de remoção), na argila 2 a dosagem de 4,00% (94,02% de remoção), e na argila 3 a dosagem de 0,50% (87,55% de remoção). Com as dosagens determinadas foram confeccionadas as curvas padrões de adsorção de amônia de solução sintética. Foi verificado que para todas as argilas a eficiência de remoção foi reduzida com concentrações iniciais acima de 20 mg L-1 de amônia. O tempo de agitação dos efluentes aquícolas com as esmectitas, no intervalo de 1 minuto à 3 horas, não provocou nenhum aumento na adsorção. Quando comparadas as argilas testadas no presente estudo, a argila 1 apresenta maior potencial para a aplicação na adsorção de amônia, podendo remover 97,84% do NH4+ de um efluente a 20 mg L-1, não alterando significativamente o pH do efluente. Em efluente aquícola com concentração inicial de 0,84 mg L-1 de íons amônio, a argila 1, com a dosagem de 0,50% (m/m) se destacou removendo 93,00% dos íon amônio, já no efluente com concentração inicial de 3,84 mg L-1 de íons amônio, a argila 1 com a dosagem de 0,50% (m/m), adsorveu 30% dos íon amônio, onde remoção foi afetada pela presença de outros cátions presentes na solução. A argila 1 foi selecionada para o teste de adsorção de amônia da água durante o cultivo de Rhamdia quelen, sob duas temperaturas diferentes (segundo experimento). Foram utilizados 80 indivíduos de jundiá distribuídos em quatro blocos experimentais, com quatro repetições cada, onde os tratamentos foram: sem o uso de argila na temperatura de 30 ºC (A); com o uso de argila na temperatura de 30 ºC (B); sem o uso de argila na temperatura de 23 ºC (C) e com o uso de argila na temperatura de 23 ºC (D). Diariamente foram avaliados os parâmetros de qualidade da água: temperatura, oxigênio dissolvido, amônia e nitrito. Semanalmente foi mensurada a alcalinidade total, dureza e pH. Ao final do experimento os peixes foram individualmente avaliados quanto ao comprimento total e padrão, peso total e peso de fígado, para posterior cálculo do índice hepatossomático. Não foram verificadas diferenças estatísticas (p>0,05) entre as médias do período experimental dos tratamentos quanto ao oxigênio dissolvido, dureza total, alcalinidade total e pH. Foi verificado o aumento da dureza nos tratamento B e D, devido à adição da argila como adsorvente. Já a alcalinidade no final do período experimental foi maior nos tratamentos com presença de argila. Foi observado o aumento dos teores de nitrito na água durante o avanço do cultivo experimental. Entre o 16º e o 24º dia de cultivo experimental, foram detectados valores muito superiores de amônia nos tratamentos com temperatura mais baixa (23 ºC). Não foram observados efeitos dos tratamentos sobre o peso final, comprimento total e padrão, índice hepatossomático (p>0,05), entretanto a sobrevivência foi afetada pela temperatura e adição de argila na água de cultivo de jundiá. A presença de argila não diminuiu constantemente as concentrações de amônia, mesmo que por um período tenho ocorrido à formação de compostos organo-minerais, diminuindo a disponibilidade de amônia para o processo de nitrificação em condições ótimas de temperatura para as bactérias. As dosagens de argila adicionadas não foram suficientes para adsorver toda a amônia presente no cultivo. Recomenda-se realizar novos estudos com a utilização de maiores dosagens de argila nas águas de cultivo, e desenvolver novas tecnologias de aplicação da mesma. Palavras-chave: adsorvente, bentonita, nitrogênio amoniacal.

Abstract: Ammonia is the principal excretion product of fish, and non-ionized form is toxic to aquatic organisms. The adsorption on solid surfaces is an efficient process to remove ammonia from the aqueous medium, and some abundant natural raw materials, inexpensive, have great potential. In the present work, two experiments on adsorption of ammonia by smectite clays group, in synthetic and aquaculture wastewater, as well as for the farming of Rhamdia quelen under the influence of different temperatures have been developed. The first experiment aimed to evaluate the efficiency of three natural smectites clays (clay 1 - white, clay 2 - beige and clay 3 - reddish), with different chemical compositions, as adsorbents for the removal of ammonia in aquaculture effluents. For the characterization of smectites, analyzes by X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffraction (XRD), Infrared (IR), scanning electron microscopy (SEM) and nitrogen physisorption (BET) were performed. Testing the effect of adsorbent dosage on the removal of ammonium ion, standard adsorption from synthetic wastewater (contaminated by NH4+) and analysis of NH4+ removal from aquaculture effluents by adsorption curve were performed. In determination of the best dose efficiency of removal of ammonium ion for each adsorbent was determined that the clay 1 was the dosage of 7.50% (97.84% removal) clay 2 was the dosage of 4.00% (94.02% removal) and clay 3 was the dosage of 0.50% (87.55% removal). With determinated dosages were made the standard curves for adsorption of synthetic ammonia solution. It was found that for all clays removal efficiency was reduced with initial concentrations above 20 mg L-1 of ammonia. The stirring time of aquaculture effluent with smectites in the range of 1 minute to 3 hours no caused increase in adsorption. When comparing the clays tested in this study, the clay 1 has great potential for the application in the adsorption of ammonia, which can remove 97.84% of NH4+ in an effluent 20 mg L-1 did not significantly altering the pH of the wastewater. In aquaculture wastewater with an initial concentration of 0.84 mg L-1 ammonium ions, clay 1 with the dosage of 0.50% (w/w), stood by removing 93.00% of the ammonium ion, in the meantime aquaculture effluent with initial concentration of 3.84 mg L-1 of ammonium ions, the clay 1 with the dosage of 0.50% (w/w) was removed 30% of the ammonium ion, which removal was affected by the presence other cations present in the solution. Clay 1 was selected for testing of adsorption of ammonia water during farming of Rhamdia quelen (silver catfish), under two different temperatures (second experiment). Eighty individuals silver catfishes distributed in four experimental blocks, with four replications, which treatments were: without the use of clay at a temperature of 30 ºC (A); using clay at a temperature of 30 °C (B); without the use of clay at a temperature of 23 °C (C) with the use of clay at a temperature of 23 °C (D). Daily parameters of water quality: temperature, dissolved oxygen, ammonia and nitrite were evaluated. Weekly total alkalinity, hardness and pH was measured. At the end of the experiment the fish were individually evaluated for total and standard length of total weight and the weight of liver for later calculation of hepatosomatic index. No statistical differences (p>0.05) between the means of the experimental period of treatments for dissolved oxygen, total hardness, total alkalinity and pH were checked. The hardness increase in treatment B and D due to the addition of the clay as an adsorbent. Since the alkalinity at the end of the experimental period was higher in treatment with the clay presence. The increased level of nitrite in water during the advancement of the experimental fish farming was observed. Between the 16th and the 24th day of the experimental plot, much higher levels of ammonia in the treatments with lower temperature (23 ºC) were detected. Effects of the treatments on final weight, total and standard length, hepatosomatic index (p>0.05) not were observed, but survival was affected by temperature and addition of clay on cultivation of catfish water. The presence of clay does not constantly decreased ammonia concentrations, even for a period have occurred to the formation of organo-mineral compounds, reducing the availability of ammonia for nitrification in optimum temperature for bacteria. Dosages of added clay were not sufficient to adsorb all the ammonia present in Rhamdia quelen farming. It is recommended to carry out new studies using higher dosages of clay in the fish farming, and develop new technologies for implementation. Keywords: adsorvent, ammonium nitrogen, bentonite.