Avaliação de tecnologias visando ao reuso de efluentes
Nº 8 • Setembro• 2004
Caro leitor,
Neste número apresentamos a tecnologia de adsorção em carvão
ativado que tem como vantagem a
capacidade de remoção de orgânicos solúveis refratários sem o emprego de produtos químicos. A desvantagem desta tecnologia está na
geração de resíduo pelo uso do
carvão ativado em pó e a necessidade de regeneração do leito quando aplicado carvão ativado granular.
O estado da arte foi elaborado pela
Química de Petróleo Pleno Priscilla
Florido, responsável pela seleção e
avaliação dos carvões disponíveis
no mercado e acompanhamento
dos resultados na unidade-piloto.
Maiores informações podem ser
obtidas com Priscilla:
[email protected],
Tel: (21) 3865-4827.
Equipe
CENPES/PDEDS/BTA
Vânia Santiago (coordenação)
Priscilla Florido, Eduardo Sabóia,
Rodrigo Suhett, Ana Paula Torres,
Mara Machado, Adriana Valente,
Fernando Campos e Hudson Torquato (contratados)
REGAP
Eloisia Coelho, Cláudia Zanette,
Mauro Souza
Abast-Ref/AER
Tsutomo Iwane, Fátima Ferreira
Engenharia
Heleno Almeida, Eduardo Ferreira,
Montserrat Carbonell
SMS corporativo
Antônio Peres
Operação: Oto, Ângelo, Fabrício
Kátia, Fabiana (contratados)
Clientes participantes:
REVAP: Kayano, Celso Scofield
REPLAN: Tadeu Furlan, Bentaci
LUBNOR: Romino Ayres
Adsorção em carvão ativado
O carvão ativado proporciona a adsorção de uma ampla
gama de compostos orgânicos dissolvidos, presentes em efluentes, sendo empregado como pré-tratamento da osmose inversa,
na remoção de carga orgânica refratária aos processos biológicos
e na redução da toxicidade crônica decorrente da presença de
substâncias orgânicas não biodegradáveis. O fenômeno da adsorção integra e completa muito bem a depuração biológica, pois se
aplica a moléculas com peso molecular maior que 100, pouco solúveis, pouco polares e também pouco biodegradáveis.
Quando aplicado em conjunto com o tratamento biológico, o
processo agrega a vantagem da regeneração biológica do carvão,
pela metabolização das substâncias adsorvidas, liberando novamente a superfície do carvão para nova adsorção.
Fatores que afetam o processo: A adsorção é afetada pelas
características do carvão (distribuição e volume dos poros, área
superficial) e condições operacionais (vazão, tempo de contato,
pH, temperatura, pressão, concentração do contaminante e teor
de sólidos suspensos no afluente). Na tabela 1 são apresentados
outros fatores que influenciam na adsorção.
Tabela 1: Fatores que afetam a adsorção
Para compreender o fenômeno da adsorção em carvão ativado é necessário conhecer as propriedades físico-químicas do
material adsorvente. Para o carvão ativado em pó as propriedades
mais importantes são: filtrabilidade e densidade, enquanto na forma granular são a dureza e o tamanho das partículas. As
propriedades do carvão ativado vão influenciar a taxa e a
capacidade de adsorção sendo necessário levá-las em conta na
seleção e na avaliação da performance do carvão.
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Efluentes Hídricos: Resultados em P&D • Nº 8• Setembro • 2004
Isoterma de adsorção: A capacidade de interação do adsorvente para um soluto é controlada
pelo equilíbrio de fase. Em sistemas simples pode-se traçar uma curva de concentração do soluto
na fase sólida em função da concentração do soluto na fase fluída. Essas curvas são chamadas
de isotermas de adsorção e são dependentes da
temperatura. Há vários tipos de isotermas, existindo vários mecanismos e equações propostas. A
isoterma de Freundlich é caracterizada por uma
aproximação monotônica a uma quantidade limite
de adsorção que se presume corresponder à formação de uma monocamada.
Matéria prima: As matérias primas típicas utilizadas na produção de carvão ativado são: carvão
mineral, casca de côco, madeira e lignita. A estrutura das placas grafíticas, para cada material, são
apresentadas na ilustração 1.
Ilustração 1: Estruturas de diferentes materiais
A escolha do material mais apropriado dependerá da aplicação e do custo efetivo. Cada
matéria prima utilizada confere ao carvão ativado
características e aplicações específicas. O carvão
betuminoso,
de
origem
mineral,
normalmente
apresenta bom desempenho, já o
carvão de casca
de côco apresenta
melhor desempenho em baixas
concentrações de
contaminantes. O
carvão
ativado
com madeira e
lignita, como matéria prima. apresenta boa
Ilustração 2 – Origem da matéria prima
velocidade de adsorção. Os poros de difusão governam o processo de adsorção que é a etapa
mais lenta. O processo de adsorção é regido por
interações entre adsorvente (carvão ativado) e
adosorbato (contaminante) e são normalmente
descritas pelas Forças de Dispersão de London
(Forças de van der Waals).
Processos de fabricação de carvão granular:
No processo de fabricação os carvões podem ser
aglomerados e não-aglomerados. Os carvões aglomerados apresentam no processo de fabricação uma etapa de pulverização seguida da adição
de um agente ligante, moagem e seleção por peneiras para posterior ativação. O processo de aglomeração permite modificar a estrutura do carvão para melhor ativação e adsorção, obtendo-se
uma ativação uniforme, superfície rígida e poros
de transporte adicionais que aumenta a eficiência
de difusão. Os poros de transporte atuam como
canais de distribuição dentro da estrutura, são
espaços amplos onde não há adsorção, apenas o
transporte do líquido.
Os carvões não aglomerados, como, por exemplo, o carvão casca de côco, apresentam estrutura não uniforme com superfície externa frágil
e uma parte central do grão com um centro rígido
onde ocorre pouca ou nenhuma ativação.
Processos de ativação: Existem dois tipos de
ativação do carvão, a ativação química e a ativação física. A ativação química é geralmente usada
para carvões de origem vegetal, a base de madeira, que sofrem impregnação com um agente desidratante, geralmente ácido fosfórico, a elevadas
temperaturas (500 – 800 ºC) para ser carbonizada
e ativada. A ativação química gera poros mais
abertos, adequados para a adsorção de moléculas
grandes. A ativação física ou a vapor é mais utilizada para carvões a base mineral e de casca de
côco já carbonizada. A ativação é feita à temperatura de 800 – 1100ºC em presença de vapor
d’água. A ativação a vapor gera microporos bem
adaptados para a adsorção de compostos orgânicos e/ou minerais em fases líquida e gasosa.
Alta área superficial: Estruturalmente o carvão
ativado apresenta alta porosidade, com área superficial
superior a 1100 m2/g. A dimensão dos poros do carvão
varia de 10 a algumas centenas de Angstrons, demonstrando uma alta superfície de
contato disponível para adsorção.
Priscilla Florido
Química de Petróleo Pleno
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