Estudo do lodo de ETA contendo alumínio para a adsorção de fósforo de esgotos sanitários previamente tratados em wetlands construídos

Abstract

O fósforo é um nutriente essencial para os organismos nos ecossistemas e também em diversas indústrias, compondo fertilizantes e produtos de limpeza. No entanto, é considerado como um dos principais elementos causadores da eutrofização nos corpos d?água, o que torna necessária a sua remoção dos efluentes. Os wetlands construídos têm sido reportados como uma tecnologia ambiental e economicamente viável de tratamento de efluentes, sendo extensivamente empregados no tratamento descentralizado, especialmente de esgotos sanitários. Porém, para assegurar a eficiente remoção de fosfatos nesses sistemas é necessário que se utilizem mecanismos que proporcionem uma remoção adicional desse nutriente, um polimento final. O lodo de Estações de Tratamento de Água (ETA) contendo alumínio, por sua vez, consiste em um subproduto amplamente gerado, resultante do processo de purificação de águas superficiais para fins potáveis. Trata-se de um material altamente reativo e com capacidade para remover o fósforo dos efluentes através da adsorção e, sendo considerado um resíduo, apresenta baixo custo e grande disponibilidade. O presente estudo teve o objetivo de avaliar a aplicação de duas diferentes granulometrias de lodo de ETA rico em alumínio, como material adsorvente na remoção de fosfatos de esgotos sanitários previamente tratados em wetlands construídos. Para isso, foram realizados ensaios cinéticos e isotérmicos em batelada e também em colunas de leito fixo. Ensaios preliminares permitiram determinar que entre dois tipos de lodo, um à base de policloreto de alumínio (PAC) e outro à base de sulfato de alumínio, o primeiro apresentou uma eficiência de remoção ligeiramente superior. Assim como a análise de dois pH (4,0 e 7,5) demonstrou uma independência da capacidade de remoção com esse parâmetro. Os ensaios cinéticos, realizados com o lodo fino (partículas de diâmetro inferior a 0,1 mm) e lodo grosso (partículas de diâmetro entre 0,1 e 0,6 mm), ambos com dosagem de adsorvente de 20 g.L-1, e concentração de adsorvato de 12,5 mg.PO43-.L-1, resultaram em uma remoção superior para o lodo de menor granulometria, atingindo 90% de eficiência (Ce =1,2 mg.PO43-.L-1). Através dos ensaios isotérmicos, conduzidos com diferentes massas de adsorvente (0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,0 e 3,0 g) e também com concentração de adsorvato de 12,5 mg.PO43-.L-1, foram determinadas as capacidades máximas de adsorção de 1,36 e 1,33 mg.PO43-.g-1 para o lodo fino e lodo grosso, respectivamente. A análise das isotermas demonstrou que o modelo de Langmuir é mais adequado para descrever o comportamento de ambas as granulometrias de lodo. Já com relação aos modelos cinéticos, o que apresentou o melhor ajuste aos dados experimentais foi o modelo de pseudo-segunda ordem. As colunas de leito fixo apresentaram elevadas capacidades de adsorção para os dois diferentes fluxos aos quais foram submetidas, 5,0 e 2,0 mL.min-1, alcançando entre 0,76-3,65 mg.PO43-.g-1 para o lodo grosso e 8,73-12,49 mg.PO43-.g-1 para o lodo mais fino, respectivamente. Os resultados desse estudo evidenciaram que as partículas de menor granulometria resultaram em um melhor processo de adsorção, levando a uma remoção mais rápida do fósforo dissolvido, e também a uma menor concentração de equilíbrio. Desse modo, o uso do lodo não apenas provê uma solução tecnológica de baixo custo para o polimento de efluentes, mas também uma opção de gestão efetiva desse resíduo nas estações de tratamento de água.

Abstract: Phosphorus is an essential nutrient for organisms in the ecosystems and also for many industries, composing fertilizers and cleaning products. However, it is considered as one of the main causes to eutrophication in water bodies, which makes necessary the phosphorus removal from wastewater. The constructed wetlands have been reported as an environmentally and economically friendly technology for the wastewater treatment, being extensively employed in decentralized treatment, especially of sanitary sewage. However, to ensure the efficient removal of phosphates in these systems it is necessary to use mechanisms that provide an additional removal of this nutrient, a final polishing. The alum sludge produced in the water treatment plants is a worldwide generated by-product, resulting from the surface water purification process for drinking purposes. It is a highly reactive material with the capacity to remove phosphorus from wastewater through adsorption and, being considered a waste, it has low cost and great availability. The present study aimed to evaluate the application of two different granulometries of alum sludge, as an adsorbent material in the phosphorus removal from sanitary sewers previously treated in constructed wetlands. For this, kinetic and isothermal batch experiments and fixed bed columns were conducted. Preliminary tests allowed to determine that between two types of sludge, one based on aluminum polychloride (PAC) and the other based on aluminum sulfate, the first showed a slightly higher removal efficiency. As well as the analysis of two pH (4.0 and 7.5) demonstrated an independence of the removal capacity with this parameter. The kinetic experiments, performed with fine sludge (dp <0.1 mm) and coarse sludge (0.1)