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Dissertação de Mestrado
Documento
Autor
Nome completo
Larissa Sene Araujo
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2017
Orientador
Banca examinadora
Cunha, Davi Gasparini Fernandes (Presidente)
Coutinho, Aparecido dos Reis
Moruzzi, Rodrigo Braga
Título em português
Comparação do desempenho de carvão ativado produzido a partir de diferentes matrizes para remoção de microcistina-LR de águas de abastecimento
Palavras-chave em português
Adsorção
Carvão ativado
Microcistina
Tratamento avançado
Resumo em português
A expansão agrícola e a urbanização têm agravado a eutrofização artificial dos mananciais superficiais, devido ao aumento de seus níveis de nutrientes, como nitrogênio e fósforo. Nesses episódios, o crescimento excessivo de cianobactérias de elevada capacidade adaptativa e potencial de produção de cianotoxinas pode prejudicar homens e animais. As microcistinas estão entre as cianotoxinas mais encontradas em florações de cianobactérias tóxicas, de difícil remoção pelas tecnologias convencionais de Estações de Tratamento de Água (ETA). Como barreira adicional no tratamento avançado de águas de abastecimento, destaca-se o processo de adsorção com carvão ativado pulverizado (CAP) ou granular (CAG). Esta pesquisa avaliou a eficiência de remoção de microcistina-LR (MC-LR) por oito carvões ativados (7 CAGs e 1 CAP) produzidos a partir de matérias-primas diversificadas. Os carvões foram caracterizados quanto a umidade, teor de cinzas, pH, massa específica aparente, número de iodo, índice de azul de Metileno, coeficiente de desuniformidade, área superficial específica, volume de micro e mesoporos, análise elementar por Espectroscopia de Energia Dispersiva e fotomicrografia por Microscopia Eletrônica de Varredura. Avaliou-se a capacidade adsortiva dos carvões sobre a MC-LR por isotermas descritas pelos modelos matemáticos de Langmuir e Freundlich. Para tais ensaios, foram utilizadas amostras trituradas de carvão. Além disso, foram operadas quatorze colunas CAG em escala de bancada, de modo intermitente, com concentração inicial (Co) de MC-LR na faixa de 69 a 137 µg/L. A concentração de toxina foi estimada pelo método ELISA (Ensaio de Imunoadsorção Enzimática). Os resultados indicaram que as propriedades do CA são influenciadas por seu material de origem e também pelo seu modo de produção, e que tais propriedades têm reflexo direto sobre a eficiência de remoção de MC-LR. Nos ensaios de adsorção de MC-LR com as amostras trituradas, os dados se ajustaram melhor ao modelo de Langmuir. O carvão à base de linhito (CGLIN), em dosagem de 100,0 mg/L e com 4h de tempo de contato, apresentou a maior capacidade de remoção (97,2%) de MC-LR (Co: 115,1 µg/L), com qe,máx de 10,6 mg/g. O bom desempenho do CGLIN foi associado ao seu maior volume de mesoporos (0,53 cm3/g). Correlação significativa foi observada entre volume de mesoporos e qe,máx (r = 0,98, Pearson), o que foi corroborado pela Análise de Componentes Principais. Nos ensaios nas colunas de CAG, o carvão de hulha, CGHU (Co: 85 g/L) apresentou o melhor desempenho, seguido pelo carvão de casca de coco, CGCO4 (Co: 137 µg/L), ambos com remoção média de MC-LR de 99,5%. Nos ensaios com as amostras trituradas, nenhuma das dosagens removeu MC-LR a concentrações menores que 1,0 µg/L – valor máximo permitido pela Portaria MS nº 2.914/11 para água potável – enquanto que no início do tratamento com as colunas de CAG, com exceção do carvão de coco CGCO1, o efluente das demais amostras foi compatível com este limite. A divergência de resultados entre os dois tipos de ensaios indica que os experimentos com amostras de CAG trituradas podem alterar sua capacidade adsortiva e induzir a uma escolha incorreta do carvão mais adequado. Com isso, os resultados oferecem subsídios para o entendimento do desempenho das CAs sobre a remoção de cianotoxinas, amparando a aplicação do processo de adsorção em ETAs para minimização da incidência de intoxicações por água contaminada.
Título em inglês
Comparison of the performance of activated carbon produced from different raw materials for microcystin-LR removal from water supply
Palavras-chave em inglês
Activated carbon
Adsorption
Advanced treatment
Microcystin
Resumo em inglês
The agricultural expansion and urbanization has aggravated the artificial eutrophication of surface water sources, due to the increase of nutrient levels, such as nitrogen and phosphorus. In these episodes, the excessive growth of cyanobacteria of high adaptive capacity and potential to produce cyanotoxins can harm humans and animals. Microcystins are among the cyanotoxins most found in toxic cyanobacteria blooms, difficult to remove by conventional technologies of Water Treatment Plants (WTP). As an additional barrier in the advanced water treatment, the adsorption process with pulverized (PAC) or granular activated carbon (GAC) is highlighted. This research evaluated the efficiency of microcystin-LR (MC-LR) removal by eight activated carbons (7 GACs and 1 PAC) produced from diversified raw materials. The carbons were characterized by moisture, ash content, pH, bulk density, iodine number, Methylene blue index, desuniformity coefficient, specific surface area, micro and mesopore volume, elemental analysis by Energy Dispersive X-Ray Detector and photomicrography by Scanning Electron Microscopy. The MC-LR adsorptive capacity of the carbons was evaluated by isotherms that follow the mathematical models of Langmuir and Freundlich. For these tests, carbon crushed samples were used. Besides that, fourteen GAC columns were operated on bench scale, intermittently, with initial concentration (Co) of MC-LR in the range of 69 to 137 µg/L. The toxin concentration was measured by ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay). The results indicate that the AC properties are influenced by their source material and also by their production mode, and these properties have a direct effect on the efficiency of MC-LR removal. In the adsorption tests of MC-LR with the AC crushed samples, the data were better fitted to the Langmuir model. The lignite-based carbon (CGLIN), at a dosage of 100.0 mg/L and 4h of contact time, presented the highest MC-LR (Co: 115.1 µg/L) removal capacity (97.2%), with a qe,máx of 10.6 mg/g. The good performance of CGLIN was associated with its higher volume of mesopores (0.53 cm3/g). Significant correlation was observed between volume of mesopores and qe,max (r = 0.98, Pearson), which was corroborated by Principal Component Analysis. In the GAC columns tests, the coal CGHU (Co: 85 µg/L) presented the best performance, followed by the coconut carbon CGCO4 (Co: 137 µg/L), both with MC-LR average removal from 99.5%. In the trials with the crushed samples, none of the dosages removed MC-LR at values less than 1.0 µg/L – maximum permitted value by Portaria MS nº 2.914/11 for drinking water – while at the beginning of the treatment in the GAC columns, with the exception of the coconut carbon CGCO1, the effluent of the other samples was compatible with this limit. The divergence of results between these two types of assays indicates that the experiments with crushed samples may changes their adsorptive capacity and induce an incorrect choice of the most suitable AC. With this, the results provide support to understand the ACs performance on the cyanotoxins removal, supporting the application of the adsorption process in WTPs to minimize the incidence of poisoning by contaminated water.
 
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Data de Publicação
2017-04-20
 
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