Estudo do potencial das conchas de moluscos para o tratamento da drenagem ácida de mineração de carvão

Abstract

A Drenagem Ácida da Mineração (DAM) contêm vários metais solubilizados e baixos valores de pH, representando um risco potencial tanto para o meio ambiente como para a saúde humana. Além disso, a durabilidade no tempo e a dificuldade em aplicar sistemas de tratamento nos lugares onde a DAM é gerada, dificultam seu tratamento. Por outro lado, na região da Grande Florianópolis existe uma atividade da maricultura significativa, destacando o cultivo de mexilhões e ostras, sendo gerada uma grande quantidade de resíduos em forma de conchas. As conchas dos moluscos, formadas em sua maior parte por carbonato cálcico, são descartadas em vez de serem reutilizadas para produzir material de valor agregado, provocando, consequentemente, impactos ambientais, sociais e econômicos negativos. Assim, este trabalho pretende estudar em escala laboratorial o potencial das conchas de moluscos processadas para tratar a DAM do carvão gerada na Região Carbonífera Catarinense, avaliando sua capacidade para neutralizar o pH e remover Al, Fe e Mn. Comparou-se, consequentemente, o potencial dos grãos da concha de mexilhão, grãos da concha de ostra bruta e grãos da concha da ostra calcinada para remover alumínio, ferro e manganês contidos na DAM mediante ensaios em regime de batelada segundo o método estatístico de Taguchi. Os grãos da concha de ostra bruta foram selecionados como o agente de neutralização/sorção para a continuidade da pesquisa pois apresentaram boas remoções além de um processo sustentável, econômico e simples. O estudo das isotermas de adsorção dos metais mostrou um melhor ajuste ao modelo de Langmuir, mostrando as seguintes capacidades máximas de adsorção: 16,61 mg · g-1 para Al em solução sintética; 29,58 mg · g-1 para ferro com DAM e 0,18 mg · g-1 para Mn com DAM. Boas eficiências de remoção foram obtidas ao tratar a DAM com uma dosagem de 2g/L de calcita biogênica: 100% para Al; 88,8% para Fe e 82% par Mn. Os estudos cinéticos verificaram que o processo de remoção acontece em duas etapas, nos casos de Fe e Mn, enquanto que para o alumínio a remoção acontece numa única etapa. Constatou-se que após tratamento com concha de ostra, o alumínio e ferro alcançaram concentrações abaixo das máximas permitidas pela Resolução CONAMA 357 de 2005 para águas da classe 3 (apta para usos secundários), enquanto que, embora a concentração de manganês foi consideravelmente reduzida, não atingiu-se o padrão adequado. Os dados dos ensaios cinéticos foram bem ajustados com o modelo cinético de pseudo-segunda ordem para Al e Fe. O manganês apresentou baixos coeficientes de correlação em todos os casos. Quanto aos experimentosem regime de fluxo contínuo descendente, foram tratados 6,5 L de DAM durante 22h de experimento. Verificou-se que a calcita biogênica não alcançou saturação de alumínio, no entanto alcançou saturação de ferro aos 1200min e aos 300min do início do experimento para o manganês. Ao avaliar as curvas de ruptura para ferro e manganês, obtiveram-se, segundo o modelo de Thomas, as capacidades respectivas de adsorção de ??0= 1,7324mg · g-1 e ??0= 1,537mg · g-1. As análises de MEV e EDS realizadas nos grãos da concha de ostra saturada de metais parecem indicar que existe remoção dos metais via mecanismos de sorção, porém, em base aos valores de pH alcançados durante os ensaios, assume-se a precipitação como hidróxidos como o principal mecanismo de remoção dos metais. Em conclusão, os grãos das conchas de ostra bruta, mediante um processo de obtenção sustentável, econômico e simples, e considerando ainda os valores de remoção obtidos, apresentaram-se como um agente neutralizador/sorvente com grande potencial para tratar a DAM gerada na Região Carbonífera Catarinense. Além disso, é preciso salientar a grande disponibilidade da matéria prima (conchas de ostra) na região da Grande Florianópolis e o baixo custo que implicaria o seu uso, requisitos fundamentais para o tratamento da DAM mediante a aplicação de um material gerador de alcalinidade.

Abstract : Acid Mine Drainage (AMD) represents a potential risk to both the environment and human health due several solubilized metals and low pH values. In addition, the long durability and the difficulty in applying treatment systems in the places where AMD is generated, make difficult its treatment. On the other hand, in Grande Florianópolis there is a significant mariculture activity, highlighting the cultivation of mussels and oysters. Thus, a large amount of shell waste is generated. Mollusk shells, mostly made up of calcium carbonate, are discarded instead of being reused to produce value-added material, thereby causing environmental, social and economic negative impacts. Thus, this work intends to study the processed mollusk shells potential to treat the coal AMD generated in the Catarinense Carboniferous Region in laboratory scale, evaluating its capacity to neutralize the pH and to remove Al, Fe and Mn. Therefore, applying the Taguchi statistical method in batch tests, were compared the potential of mussel shell grains, crude oyster shell grains and calcined oyster shell grains to remove aluminum, iron and manganese contents in AMD. The grains of the raw oyster shell were selected as the neutralization/sorption agent to continue the research because they presented good removals besides a sustainable, economical and simple process. The metal adsorption isotherms showed a better fit to the Langmuir model, showing the following maximum adsorption capacities: 16,61mg · g-1 for Al in synthetic solution; 29.58mg · g-1 for iron with DAM and 0.18mg · g-1 for Mn with AMD. Good removal efficiencies were obtained by treating AMD with 2g/L biogenic calcite dosage: 100% for Al; 88.8% for Fe and 82% for Mn. The kinetic studies verified that the removal process occurs in two stages, in the Fe and Mn cases, whereas for the aluminum removal takes place in a single step. The values obtained in the kinetic tests were compared with the class 3 waters maximum permitted values established by Resolution CONAMA 357 of 2005, in order to be used for secondary uses. It was found that aluminum and iron reached concentrations below the maximum allowed, while the manganese concentration did not, however, its concentration was significantly reduced. The kinetic tests fitted well with pseudo-second kinetic model order for Al and Fe. On the other hand, manganese presented low correlation coefficients in all cases. By experiments in descending continuous flow regime, 6.5L of DAM were treated during 22h. It was verified that biogenic calcite did not reach the saturation for aluminum, for iron case, the calcite reached the saturation at 1200min and for the manganese at 300min from the beginning of the experiment. Whenevaluating the rupture curves for iron and manganese, the adsorption capacities of ??0= 1.7324mg · g-1 and ??0= 1.537mg · g-1 were obtained for respective metals. The SEM and EDS analyzes performed on the saturated oyster shells grains seems to indicate that sorption processes exist during metal removal. However, due pH values achieved during de testes, hydroxide precipitation it is assumed as the main metal removal mechanism. In conclusion, it is shown the great potential to treat AMD generated in the Catarinense Carboniferous Region through a sustainable, economic and simple obtaining process, besides getting good sorption values, by using raw oyster shell grains as a neutralization/sorption agent. In addition, it is necessary to emphasize the high availability of the raw material (oyster shells) in the region and the low cost that would imply its use, essential requirements for an AMD treatment by applying an alkalinity generating material.