remocao de metais

Remoo de metais pesados em guas contaminadasProfa.: Lucimar Pacheco Gomes da Rocha

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IntroduoTodas as formas de vida existentes na Terra dependem da gua.

Apesar da maior parte da superfcie do nosso planeta ser recoberta por gua: - 97,3 % salgada, inadequada para o consumo e para o uso na agricultura; - 0,01 % da gua proveniente de lagos e rios, estes so as principais fontes de gua potvel.2

IntroduoDiante da disponibilidade restrita de guas naturais para consumo humano e da sua crescente poluio Poltica ambiental cada vez mais severa Busca por padres de concentrao cada vez menores para os poluentes presentes nos efluentes pesquisas voltadas para o desenvolvimento de tecnologias visando remoo de elementos txicos em corpos hdricos3

Tipos de guaRESOLUO CONAMA 357/2005: Classe 1: destinadas ao abastecimento para consumo humano, aps tratamento simplificado; recreao de contato primrio; proteo das comunidades aquticas; irrigao de hortalias que so consumidas cruas e de frutas que se desenvolvam rentes ao solo e que sejam ingeridas cruas sem remoo de pelcula. Classe 2: destinadas ao abastecimento para consumo humano, aps tratamento convencional; proteo das comunidades aquticas; recreao de contato primrio; irrigao de hortalias, plantas frutferas e de parques, jardins, campos de esporte e lazer, com os quais o pblico possa vir a ter contato direto; e agricultura e atividade de pesca. Classe 3: guas que podem ser destinadas ao abastecimento para o consumo humano, aps tratamento convencional ou avanado; irrigao de culturas arbreas, cerealferas e forrageiras; pesca amadora, recreao de contato secundrio.4

fsicoParmetros fsico-qumicos para avaliar a qualidade da guaParmetroOxignio Dissolvido (OD) Demanda Bioqumica de Oxignio (DBO) Demanda Qumica de Oxignio (DQO)

CaractersticasRepresenta a quantidade de oxignio molecular dissolvido na gua Indicao da contaminao por matria orgnica Representa a quantidade de oxignio necessria para a oxidao da matria orgnica atravs de um agente qumico Medida da dificuldade de um feixe de luz atravessar uma certa quantidade de gua, conferindo uma aparncia turva mesma

Fatores de AlteraoTemperatura, salinidade, presso, presena de matria orgnica Aumentos na DBO so provocados por efluentes de origem orgnica Aumentos na DQO decorrem principalmente de despejos de origem industrial Presena de slidos suspensos e de organismos microscpicos

InconvenientesPromove a corroso de tubulaes de ferro e ao Diminuio do oxignio presente nas guas

Uso de oxidantes fortes capazes de oxidar espcies que consumiriam oxignio lentamente, no sendo uma ameaa real para o contedo de oxignio Reduz a penetrao de luz solar prejudicando a fotossntese das plantas aquticas5

Turbidez

FsicoParmetros Fsico-Qumicos

Tabela 1- Valores mximos permitidos para alguns parmetros fsico-qumicos estabelecidos em guas superficiais (CONAMA 357/05).

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Contaminao dos corpos hdricosA contaminao da gua a alterao da sua qualidade natural provocada pela ao do homem e que faz com que ela seja, parcial ou totalmente, imprpria para o uso a que se destina e uma ameaa qualidade da vida humana.

Metais Pesados- refere-se a uma classe de elementos qumicos, muitos dos quais

nocivos para os seres humanos; - Os metais pesados possuem densidades altas em relao a outros materiais comuns; - Metais pesados como o cdmio (Cd), chumbo (Pb), cobre (Cu), cromo (Cr), mangans (Mn), mercrio, (Hg) e zinco (Zn) podem ser citados como os mais estudados, devido a seus efeitos sade humana.

Os metais diferenciam-se dos compostos orgnicos txicos por serem absolutamente no-degradveis, de maneira que podem acumular-se nos componentes do ambiente onde manifestam sua toxicidade. 8

Metais Pesados

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Fontes de Metais Pesados

Indstrias de galvanoplastia, pilhas, baterias, minerao, eltrica e tintas so alguns exemplos daquelas que lanam estes poluentes que podem conter uma considervel quantidade de resduos txicos e poluentes, tais como, ons metlicos.

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Metais Pesados: CdmioEncontrado em produtos de revestimentos metlicos, pinturas e materiais plsticos, sendo um elemento extremamente txico, tem efeito carcinognico, lesa tbulos renais, provoca doena ssea (osteomalcia) e hipertenso arterial, entre outros. Fontes de Cdmio: - atividades envolvendo minerao, produo, consumo e disposio de produtos que utilizam cdmio; - o cdmio um subproduto da minerao do zinco e de outros processos; - o lixo urbano tambm contm cdmio proveniente de vrias fontes que contaminam o composto orgnico; - descarte de baterias de telefones celulares e pilhas eltricas que contm os metais txicos nquel e cdmio.

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Metais Pesados: ChumboO chumbo um metal pesado extremamente txico e que chega at os seres humanos principalmente pelo ar, gua e cadeia alimentar, de forma acumulativa.

- a exposio prolongada deve-se a vrias fontes petrleo, processos industriais, tintas, soldas, canos de gua, ar, entre outros; -Pode tambm ser encontrado na gua potvel atravs da corroso de encanamentos constitudos por chumbo; - O uso principal do chumbo na construo de baterias cidas automotivas e industriais; - os seus efeitos txicos, entre outros, incluem sintomas como nusea, perda da coordenao, hiperatividade, confuso mental e perda de memria. Em casos mais severos, a incorporao deste elemento qumico pode levar a pessoa ao estado de coma e morte.

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Metais Pesados: Mercrio- O mercrio usado na produo eletroltica do cloro, em equipamentos eltricos, amalgamas e com matria prima para compostos de mercrio; - Est presente tambm na forma inorgnica gua superficial e subterrnea. Entre as fontes mercrio no meio aqutico destacam-se processo de minerao e fundio, efluentes estao de tratamento de esgotos, indstrias tintas, entre outros; na de os de de

- A principal fonte de contaminao humana por mercrio atravs da alimentao, apresentando efeito acumulativo e provoca leses cerebrais.

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Remoo de Metais PesadosA gua a principal via de transporte de metais pesados, que poder ser realizado de duas formas fsicas: como espcies dissolvidas ou como espcies associadas a partculas slidas.A escolha do mtodo utilizado para a remoo de metais pesados em guas contaminadas depender de fatores tcnicos (volume de efluentes, tipo e concentrao dos contaminantes presentes, entre outros) e econmicos. Os processos convencionais para a remoo de metais pesados envolvem neutralizao e precipitao pela adio de substncias alcalinas como pedra calcria, lima, hidrxido ou carbonato de sdio. As desvantagens desta tcnica a produo de lodo, que gera um custo elevado para o descarte de forma adequada, alm disso, o uso de grande quantidade de massa do material alcalino para manter o pH acima de 6,5, tambm inviabiliza o processo.

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Remoo de Metais PesadosComo a recuperao de ons metlicos utilizando mtodos clssicos ineficiente e levando em considerao a poltica ambiental atual, mtodos alternativos vm sendo investigados. Como exemplos a osmose reversa, a ultrafiltrao e a adsoro em materiais naturais que promovam a reteno seletiva e reversvel de ctions metlicos. Visando a melhoria da qualidade ambiental e a recuperao de alguns compostos que possuam algum valor econmico.15

Remoo de Metais Pesados

A adsoro de metais por troca inica tem sido empregada como um importante processo de remoo de metais em efluentes de indstrias qumicas, eletrnicas, metalrgicas e outras onde o descarte de metais txicos pode ultrapassar os limites legais.

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Adsorventes utilizados na remoo de metais pesados

o uso de adsorventes naturais, como argilas e zelitas tm despertado o interesse cientfico e tecnolgico, devido ao seu reduzido custo, simplicidade do processo e ainda a possibilidade de reutilizao desses materiais

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Adsoro e AbsoroFenmeno Interfacial : interao superficial entre um slido e os componentes de uma soluo. A ADSORO pode ser qumica ou fsica.

Fenmeno Intrafacial: interao entre duas fases.

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Caracterstica importantes dos adsorventes

- Possuir elevada rea superficial especfica; - Ser estvel termicamente; - Ser inerte; - Possuir elevada capacidade de troca inica.

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Troca Inica

a adsoro de metais por troca inica tem sido empregada como um importante processo de remoo de metais em efluentes de diversas naturezas

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Determinao da Capacidade de Troca CatinicaTROCA DOS CTIONS ESTRUTURAIS: - 5,0 gramas da amostra so transferidas para um erlenmeyer contendo 200mL de acetato de amnio 3M; - Agitao constante por 12 horas; - Centrifugar e coletar apenas a amostra, que lavada com lcool etlico para retirar o excesso de acetato de amnio ; -Secagem em estufa 60C 5C por 24 horas.

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Determinao da Capacidade de Troca CatinicaDETERMINAO DO NITROGNIO AMONIACAL:-Pesar 1,5 gramas e adicionar no tubo digestor com 50 mL de gua destilada e duas gotas de fenolftalena; - Adicionar NaOH a 50% at a soluo tornar-se rsea; - Injetar vapor ao tubo, ocorrendo a liberao da amnia; - O vapor de NH3 condensado ento recebido em um erlenmeyer contendo cido brico a 4% e indicador misto (vermelho de metila a 0,50% e verde de bromocresol a 0,75% em lcool etlico); - O cido brico com indicador que, no incio apresentava colorao vermelha torna-se verde; - Titulao da soluo com cido clordrico 0,1N at viragem da colorao, obtendo-se novamente a colorao vermelha. Anota-se ento o volume (em mL) gasto na titulao.22

Capacidade de Troca Catinica

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Adsorventes Naturais

Argilas: so silicatos hidratados de alumnio e/ou magnsio, contendo ferro, nquel, cromo e outros ctions na estrutura que geram uma capacidade de troca reversvel para ctions orgnicos, inorgnicos e organometlicos.

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Argilas EsmectitticasEsmectita o nome de um grupo de alumino-silicatos de ocorrncia natural composta por sdio, clcio, magnsio, ferro, potssio e ltio, que inclui a montmorilonita. A rocha na qual esses argilominerais so dominantes chamada de bentonita.- As argilas esmectticas, caracterizam-se por sua alta CTC; - So tambm materiais interessantes para as indstrias, porque so encontrados em abundncia na natureza (baixo custo); - As argilas esmectticas brasileiras naturais so policatinicas.

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Argilas Esmectitticas

Os argilominerais deste grupo so constitudos por duas folhas de tetraedros, 26 com uma folha central de octaedros, unidas entre si por oxignios comuns

Aplicaes das Argilas- Cermica: na fabricao de cermica vermelha, branca; - Borracha e plstico: conferem propriedades mecnicas superiores s da borracha vulcanizada sem carga. - Papel: papel entrasse s celulose, ele no permitiria boa impresso e reproduo devido transparncia e irregularidade da superfcie; - leos e derivados do petrleo: so usadas como componentes de catalisadores para craqueamento de petrleo para produo de gasolina e seu alto poder adsorvente usado na clarificao de leos minerais, vegetais e animais. - Agricultura: Os minerais argilosos do solo adsorvem fcil e rapidamente minerais livres que estando debilmente fixados, podem ser facilmente trocados por outros com maior valor para as plantas.27

ArgilasA remoo de ons de metais pesados depende diretamente da capacidade de troca catinica (CTC).

A diferena na capacidade de troca catinica deve-se a natureza e localizao dos stios ativos na rede do argilomineral.

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ZelitasOriginado de palavras gregas Zeo (ferver) e lithos (pedra)

Zelitas: so aluminossilicatos cristalinos hidratados de estrutura aberta constituda por tetraedros de SiO4 e AlO4 ligados entre si por tomos de oxignio.

So peneiras moleculares29

Classificao das ZelitasOs microporos das zelitas so classificados de acordo com o tamanho: poros pequenos (< 4 ), mdios (4 - 6 ), grandes (6 - 8 ), ou supergrandes (> 8 ).

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Principais Aplicaes das Zelitas- Devido a grande uniformidade na composio e ao elevado teor de pureza, as zelitas sintticas so comumente utilizadas como catalisadores, enquanto as naturais, no tratamento de efluentes; - O baixo custo das zelitas naturais tem proporcionado e estimulado o desenvolvimento de sistemas de tratamento mais baratos; - Inmeros trabalhos vm demonstrando que as zelitas naturais apresentam alta seletividade por metais pesados em soluo, tornando-as material valioso no tratamento de efluentes industriais, bem como, na recuperao de metais de interesse econmico

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Principais Aplicaes das Zelitas

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Zelitas

Zelitas apresentam muitas vantagens, alm do baixo custo e disponibilidade, como: fcil regenerao, fcil recuperao do on metlico txico, estabilidade trmica, seletividade por tamanho, forma e carga, entre outras.

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Adsoro Qumica e Troca InicaDe forma geral, observa-se que os metais pesados podem ser imobilizados pelas zeolitas por dois mecanismos: adsoro qumica e troca inicaAdsoro Qumica: envolve a interao qumica entre o fluido adsorvido e o slido adsorvente, conduzindo a formao de um composto qumico, onde um determinado elemento ou substncia (adsorvato) fixado fortemente a superfcie do adsorvente. Isso ocorre pelo fato dos grupos funcionais (principalmente OH-) formarem fortes ligaes qumicas com o adsorvato. Troca Inica:o adsorvato fica retido por uma reao qumica com um slido trocador de ons. A quantidade de ctions trocveis por um slido depende de suas caractersticas qumicas e estruturais, e conhecida como capacidade de troca cationica (CTC), comumente medida em miliequivalentes por grama (meq/g).34

Adsoro Qumica e Troca InicaAdsoro Qumica

Troca Inica

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Troca Inica em Zelitas- Na zelita a troca catinica ocorre em funo das cargas negativas originadas da substituio de Si4+ por Al3+ nos tetraedros estruturais, compensadas pelos ctions situados em cavidades (Na+, K+, Ca2+ e Ba2+), que podem ser trocados por outros do meio; - Quanto maior a substituio por Al3+, maior seria a necessidade de manter a neutralidade eltrica, levando consequentemente, a um aumento da CTC. Quanto menor relao Si/Al maior a CTC; - A troca inica em zelitas depende dos seguintes fatores: tamanho do on e configurao/dimenso dos canais que determinam se um ction pode ou no adentrar numa estrutura particular, densidade de carga da estrutura aninica, carga inica (valncia) e concentrao da soluo eletroltica externa. - Devido a capacidade de troca inica das zelitas, esses minerais tem sido amplamente utilizados no tratamento de efluentes industriais, domsticos, gua de abastecimento, gua subterrnea, drenagem cida de mineraes e solos contaminados. 36

Troca Inica em Zelitas-O processo de remoo de metais pela zelita depende tambm de outras variveis relacionadas as condies do tratamento como temperatura, pH da soluo, tamanho dos gros da zelita, entre outras; - Em geral, o aumento da temperatura favorece a remoo de metais em soluo pela zelita; - A variao do pH da soluo influenciaria na propriedade de reteno inica pela zelita, uma vez que, com sua diminuio, os ons H+ passariam a competir tambm pelos stios de adsoro.

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Recuperao dos Adsorventes- A regenerao de adsorventes utilizados na remoo de metais tem como objetivo reativar o mineral e ainda recuperar os metais presos em sua estrutura, em caso de interesse econmico; - Uma vez que os stios de troca possuem grande afinidade pelos ons monovalentes, a maioria dos tratamentos de regenerao utiliza soluo concentrada de NaCl. Muitos trabalhos tem verificado a grande eficincia desse tipo de tratamento na dessoro de chumbo da fase zeoltica.

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Pesquisa PIBIC

Edson da Silva Reis (Bolsista PIBIC) Dbora dos Anjos (IF SERTO PE) Lucimar Pacheco (UNIVASF) Meiry Glaucia Freire (UFCG) Silvana Souza Martins (SENAI PE)39

IntroduoDe acordo com o Comit da Bacia Hidrogrfica do Rio So Francisco (CBHSF), o rio So Francisco tem grande importncia para o pas por ter um potencial hdrico passvel de aproveitamento, apresentando tambm uma contribuio no que se diz respeito a aspectos histricos e econmicos. Duas cidades se destacam no Sub-Mdio do So Francisco, Juazeiro(BA) e Petrolina(PE), por apresentar um evidente dinamismo devido a agricultura irrigada.

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Objetivo

Determinar a concentrao dos metais (Cd, Pb, Cr, Cu e Hg) em amostras de gua coletadas nos perodos de chuva e de estiagem, em diferentes pontos do rio So Francisco e ainda, avaliar o desempenho de diferentes adsorventes naturais na remoo desses metais.

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Parte Experimental1 EtapaColeta de amostras Anlise Fsicas Anlises Microbiolgicas Slidos Totais (ST) Slidos Dissolvidos Totais (STD) Slidos Suspensos(SS) Cor Turbidez Temperatura pH1Standar

Anlises Qumicas

Coliformes Totais

Demanda Bioqumica Oxignio (DBO) Demanda Qumica Oxignio (DQO) Oxignio Dissolvido (OD)

de de

Methods for the Examination of Water and Wastewater, 21th. Edtion, 2005.42

Coleta das Amostras

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Coleta das Amostras

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Coleta das Amostras

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Coleta das AmostrasANLISES FSICO-QUMICAS E MICROBIOLGICASSlidos Totais (ST) Slidos Dissolvidos Totais (STD) Slidos Suspensos (SS) Cor Turbidez Temperatura pH Demanda Bioqumica de Oxignio (DBO) Demanda Qumica de Oxignio (DQO) Oxignio Dissolvido (OD) Coliformes Totais46

Parte Experimental2 EtapaDeterminao dos metais pesados: Cd, Cr, Cu, Pb e Hg. Espectrometria de Absoro Atmica em Chama

Caracterizao dos adsorventes, antes e aps a adsoro dos metais (Isotermas de adsoro e dessoro, Difrao de Raios (DRX) e capacidade de troca inica (CTC))Selecionar a amostra com maior concentrao de metais pesados e testar os adsorventes na remoo desses metais

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Espectrometria de Absoro Atmica com Chama

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ResultadosTabela 1 Valores referentes s anlises fsicas das amostras de gua coletadas no perodo de estiagem. Anlise ST STD SS Cor Turbidez Temperatur a pH 6,0 a 9,0 75 100 500 VMP Ponto 1 56,5 37,0 19,5 25 6,4 24,0 7,23 Ponto 2 85,5 68,5 20 25 5,3 24,1 8,14 Ponto 3 85,0 73,0 9,0 52,5 12,7 24,4 7,36 Ponto 4 82,0 71,0 11,0 60 14,3 24,8 9,25 Ponto 5 62,0 51,0 11,0 25 7,5 24,4 7,54 Unidade mg/L mg/L mg/L mgPtCo/L NTU C

Ponto 1 (Curtume); ponto 2 (COMPESA); ponto 3 (projeto de irrigao); ponto 53 4 (rea de banhista) e ponto 5 (aterro sanitrio).

ResultadosTabela 2 Dados referentes s anlises qumicas e microbiolgicas das amostras de gua coletadas no perodo de estiagem.

Anlise DQO DBO OD Coliformes Totais

VMP

Ponto 1 -20,75

Ponto 2 -9,50 1 8,40 5 e

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