11 a 14 de dezembro de 2012 Campus de Palmas

Transcrição

1 RECUPERAÇÃO DO ALUMÍNIO UTILIZADO NA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA 6 (ETA 6) DE PALMAS-TO Samir Siriano Barros 1 ; Rafael Montanhini Soares de Oliveira 2 1 Aluno do Curso de Engenharia Ambiental; Campus de Palmas; samirsiriano@gmail.com PIBIC/CNPq 2 Orientador(a) do Curso de Engenharia Ambiental; Campus de Palmas; rafaeluem@yahoo.com.br RESUMO Neste trabalho, apresento uma alternativa de uso do alumínio descartado presente no lodo de (ETA) através de sua recuperação na forma de criolita e sulfato de alumínio, a criolita é um catalisador amplamente utilizado na produção de alumínio metálico, e o sulfato de alumínio é o reagente utilizado pelas (ETAs) para o tratamento de água, ele é a origem desse alumínio que estamos reciclando. Sendo a criolita um produto sintético com grande demanda comercial. Este processo de reciclagem permite a redução do impacto ambiental oriundo do tratamento de água bem como a utilização de uma fonte alternativa para produção de criolita com redução de custos. Os resultados mostraram eficiência na separação do alumínio, a partir de um litro de lodo proveniente do processo de tratamento d água, consegue-se produzir cerca de 18 gramas do sulfato de alumínio hidratado (Al 2 (SO 4 ) 3 ) e 9 gramas de criolita (Na 3 AlF 6 ), a identificação dos compostos químicos foi realizada através da espectroscopia UV-Visível e difração de raios-x respectivamente. A aplicação desta metodologia no reaproveitamento do lodo de ETA apresenta um potencial significativo especialmente para estações de tratamento que trabalham com água de baixa qualidade a qual apresentam uma maior produção de lodo. O processo de produção de criolita (Na 3 AlF 6 ) e sulfato de alumínio (Al 2 (SO 4 ) 3 ) apresentado neste trabalho é simples e permite o reaproveitamento de um resíduo cuja disposição ainda é problemática devido à toxicidade ambiental do mesmo. Palavras-chave: Recuperação; Lodo ETA; Criolita; Sulfato de Alumínio INTRODUÇÃO A demanda por água tratada é cada vez maior devido ao crescimento populacional que vem ocorre nas cidades brasileiras 5, para que esta água seja tratada necessita-se da construção de uma estação de tratamento de água (ETA). No tratamento da água utilizam-se reagentes químicos que ao final do processo são precipitados junto aos resíduos presentes na água bruta, formando o chamado lodo de (ETA), a quantidade de lodo gerada depende da qualidade do manancial que a água é captada 3. A cidade de Palmas-TO é a mais nova capital do Brasil e sua população é cada dia maior, a companhia de saneamento do Tocantins (SANEATINS) trata cada vez mais água e os mananciais

2 locais já estão no seu limite, o próximo passo será a captação de água do lago da usina hidroelétrica (UHE) Lajeado, o que indica que a quantidade de lodo gerada será maior devido á qualidade da água do lago ser inferior a dos mananciais que hoje são utilizados, ou seja, o problema com a destinação deste lodo que já é grande, devido a sua difícil disposição, será ainda maior 2. O governo estadual pretende expandir a quantidade de municípios com estações de tratamento de água (ETAs), portanto essa problemática necessita de uma solução. As estações de tratamento de água executam processos tais como, coagulação e floculação, os quais utilizam reagentes químicos, sulfato de alumínio (Al 2 (SO 4 ) 3 ) e óxido de cálcio (CaO), gerando como produto final a água tratada e o chamado lodo de ETA 7. O lodo é composto principalmente por cálcio, alumínio e matéria orgânica podendo apresentar outros compostos naturais dependendo das características do solo local, sendo que este lodo é descartado, portanto não possui nenhuma utilidade após o tratamento da água. O lodo é visto pelas estações de tratamento de água (ETAs) como problema possuindo contaminantes e não podendo ser descartado em qualquer local 6. O valor máximo de alumínio dissolvido regulamentado é igual a 0,1 mg/l (CONAMA 357, 2005), normas e resoluções foram estabelecidas para haver um controle no despejo destes resíduos, considerados sólidos segundo (NBR , 1987) 4. MATERIAL E MÉTODOS O lodo foi coletado na unidade de decantação da estação de tratamento de água 6 (ETA 6) de Palmas-TO com volume aproximado de 5 litros para iniciar-se o trabalho de recuperação do alumínio. È necessário um pré-tratamento do lodo para separação do hidróxido de alumínio da amostra. Para isso secou-se a amostra na estufa á 105 ºC por 1 hora, visando à remoção da água presente na amostra. Logo após, a amostra foi aquecida a 200 ºC (mufla) durante 1 hora para eliminar a matéria orgânica presente. Após a volatilização da matéria orgânica, na amostra foi adicionado ácido nítrico (HNO 3 ) concentrado até ph 2-3 formando os nitratos solúveis. Após o tratamento ácido, a amostra foi filtrada e a fração líquida foi tratada com hidróxido de sódio (NaOH; 6 M) com agitação magnética até um ph Quando o ph da amostra torna-se alcalino (ph > 7) os hidróxidos dos metais presentes precipitam (Fe(OH) 3 ), (Ca(OH) 2 ), etc. Quando se atinge o ph 12, o hidróxido de alumínio se dissolve formando o íon complexo (Al(OH) 4- ) o que

3 permite a separação do alumínio dos outros metais presentes na amostra. Esta amostra é então filtrada separando-se o a fração sólida e obtendo o alumínio em solução (Al(OH) 4- ) 1. Na solução contendo o íon (Al(OH) 4- ) foi gotejado ácido sulfúrico concentrado até obtermos um ph 7, assim precipitando o sulfato de alumínio. Logo depois o sulfato de alumínio precipitado foi lavado várias vezes com água deionizada e seco na estufa a 105 ºC, assim obtendo o sulfato de alumínio. Na solução contendo o íon (Al(OH) 4- ) foi gotejado ácido fluorídrico (HF) concentrado até obtermos um ph = 7, assim precipitando a criolita. Logo depois a criolita precipitada foi lavada várias vezes com água deionizada e seca na estufa a 100ºC. RESULTADOS E DISCUSSÃO Foi feita uma análise preliminar do lodo para conhecermos melhor suas características, os resultados obtidos estão na tabela abaixo: Valores para 1 litro de amostra in natura: ph 7,83 Concentração de Ca mg/l Concentração de Al 3+ Concentração de Fe 3+ Concentração de Li + Concentração de K + Concentração de Na + Sólidos Totais 1,54 mg/l 52 mg/l Ausente 2067 mg/l 920 mg/l 52,8 g Sólidos Voláteis 12,8 g Através da análise pode-se confirmar a presença do alumínio no lodo da estação de tratamento de água 6 (ETA6) de Palmas-TO. A caracterização do sulfato de alumínio obtido foi realizada através de espectroscopia UV- Visível (Espectrofotômetro HACH, modelo DR 5000 programa 10), método 8012 (Aluminon Method) adaptado de Standard Methods. A amostra foi digerida em água régia, diluída e a concentração do íon Al 3+ foi determinada pela leitura de absorbância da espécie química no comprimento de onda 522 nm. A partir de 1,134 gramas de amostra digerida verificou-se que continha cerca de 0,16 gramas de Al 3+, o que demonstra uma porcentagem de alumínio muito próxima da que deveria apresentar se fosse sulfato de alumínio puro.

4 Uma amostra de 1 litro do lodo de ETA utilizado resultou na obtenção de cerca de 18 gramas de sulfato de alumínio hidratado, o que indica uma quantidade considerável de coagulante recuperado. Na presença de matéria orgânica, o processo de remoção se torna ineficaz devido à formação de uma suspensão desta matéria na presença do meio aquoso alcalino. Assim, o tratamento térmico (200 C) é necessário para a remoção desta fração do lodo da ETA. O tratamento com ácido (HNO 3 ou HCl) aumenta significativamente a eficiência na recuperação do alumínio. O resíduo deste processo (a fração sólida descartada após o tratamento com base) é formado basicamente pelos hidróxidos de cálcio e ferro. Este resíduo não possui metais pesados nem contaminantes biológicos tendo, portanto, um manejo mais simples. Sua composição de fato pode permitir outros usos, em exemplo seria a correção de ph de solos ácidos para uso agrícola, dada sua elevada concentração de hidróxidos. Para a caracterização da criolita obtida foram feitas análises de difração de Raios-X no Laboratório de Difração de Raios-X, Central Analítica do Instituto Química, Universidade de Brasília. Os padrões de difração de Raios-X foram para a amostra à temperatura ambiente, faixa 5 2 Θ 65, incremento (step) = 0,05, velocidade (step time) = 5s. O difratograma é apresentado na figura abaixo. Figura 1: Difração de raios-x da criolita sintética, obtida a partir do lodo da (ETA 6). Os picos apresentados no difratograma reproduzem o mesmo padrão do difratograma de amostras padrão de criolita. As diferenças podem ser atribuídas a grau de pureza das amostras produzida neste trabalho. A densidade da amostra foi determinada em 2,9 ± 0,1 g/cm 3. Este valor

5 concorda com os valores aceitos para a criolita (2,96-2,98 g/cm 3 ). O método adotado reduz a quantidade de sílica presente na criolita uma vez que o alumínio é separado na forma de um íon complexo, o Al(OH) 4-, em ph elevado o que permite uma separação efetiva do alumínio e da sílica presente nesta amostra visto que a sílica é, essencialmente, insolúvel em soluções alcalinas concentradas. LITERATURA CITADA 1. AFONSO, J. C.; LIMA, T. S.; CAMPOS, P. C.; PINHEIRO, A. A. S. RECUPERACAO DE METAIS DE CATALISADORES MASSICOS E MONOMETALICOS. Química Nova, Rio de Janeiro, v. 26, n. 06, p , 11 mar BARROSO, M. M.; CORDEIRO, J. S. Problemática dos Metais nos Resíduos Gerados em Estacoes de Tratamento de Água. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITARIA, 21., 2001, João Pessoa. Anais... João Pessoa: ABES, CD-ROM. 3. BOSCOV, M. E. G. Geotecnia Ambiental. São Paulo: Oficina de Textos, p. 4. BRAGA, B.; HESPANHOL, I.; CONEJO, J. G. L.; MIERZWA, J. C.; BARROS, M. T. L.; SPENCER, M.; PORTO, M.; NUCCI, N.; JULIANO, N.; EIGER, S. Introdução a Engenharia Ambiental: O desafio do desenvolvimento sustentável. 2. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, p. 5. REALI, M.A.P. Noções Gerais de Tratamento e Disposição Final de Lodos de Estacoes de Tratamento de Água. Rio de Janeiro: Rima Artes e Textos, p. 6. RICHTER, C.A. Tratamento de Lodos de Estacoes de Tratamento de Agua. Sao Paulo: Editora Edgard Blucher LTDA, TSUTUYA, M. T.; HIRATA, A. Y. Aproveitamento e Disposicao Final de Lodos de Estacao de Tratamento de Agua do Estado de Sao Paulo. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITARIA E AMBIENTAL, 21., 2001, Joao Pessoa. Anais... Joao Pessoa: ABES, CDROM. AGRADECIMENTOS Agradeço aos professores Rafael Montanhini, Emerson Guarda, Adão Lincon e Elisandra Scapin pelo apoio ao trabalho e o presente trabalho foi realizado com o apoio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico CNPq Brasil.