Aplicação de casca de ovo calcinada na recuperação de fósforo em estações de tratamento de esgotos domésticos

Abstract

A descarga de efluentes com alto teor de fosfato (𝑃𝑂43−) em recursos hídricos podem desencadear o crescimento excessivo de algas (eutrofização), reduzindo o oxigênio dissolvido na água, afetando a vida aquática e perturbando a cadeia alimentar natural. Além disso, as reservas mundiais de fósforo (P) diminuem, sendo um recurso não-renovável. A recuperação deste nutriente, tornou-se um tópico de extremo interesse científico e tecnológico, com os efluentes domésticos sendo uma boa fonte do mesmo. Entre as inúmeras tecnologias, a adsorção oferece várias vantagens, como baixo custo, alta eficiência, seletividade e simplicidade de operação. O presente estudo teve como objetivo verificar a remoção e recuperação de fósforo dos efluentes domésticos com o uso de casca de ovo calcinada (COC) como adsorvente alternativo. A realização da pesquisa ocorreu em escala laboratorial utilizando amostras contendo fósforo em efluente sintético, efluente preliminar e sobrenadante de digestor anaeróbico de lodo de uma Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) da cidade de Porto Alegre/RS. Cascas de ovos calcinadas mostraram ser um material eficiente para remoção de fósforo. A eficiência no processo aumentou com elevação da temperatura de calcinação, enquanto o tamanho das partículas diminui. Casca de ovo calcinada a 800 °C por 2 horas (COC800) exibiu o melhor desempenho entre os materiais testados neste estudo. Eficiências de remoção superiores a 85 % foram obtidas para concentrações de COC800 de 0,1 g.L-1 para efluente sintético, 0,3 g.L-1 para efluente preliminar e 20 g.L-1 para o sobrenadante de digestor anaeróbico do lodo. O processo de remoção de fósforo, ocorre especialmente durante os primeiros 30 minutos, reduzindo ao longo de 2 horas. Ambos os modelos isotérmicos utilizados no estudo (Langmuir e Freundlich) apresentaram aplicação aos dados experimentais do processo de adsorção do fósforo as cascas de ovos calcinadas. Os dados experimentais de cinética sugeriram um modelo de pseudo-segunda ordem. A morfologia do adsorvente mostrou que as temperaturas de calcinação do estudo estão em eventos diferentes da análise termogravimétrica. Na temperatura de calcinação de 600 oC (COC600) houve eliminação da matéria orgânica da casca de ovo, não interferindo na sua composição química, diferente do que ocorreu na temperatura de 800 oC (COC800). Com o aumento da temperatura de calcinação, a concentração atômica de carbono diminuiu enquanto a de cálcio aumentou. Entende-se que o complexo formado por cálcio e fósforo após o tratamento, é um subproduto com potencial de uso como um condicionador de solos na agricultura. Palavras-chaves: Tratamento de esgotos, recuperação de fósforo, casca de ovo, adsorção

The discharge of effluents with high phosphate concentrations (𝑃𝑂43−) into water resources can trigger algae overgrowth (eutrophication), reducing dissolved oxygen in aqueous environments, affecting aquatic life and disturbing the natural food chain. In addition, the world phosphorus (P) reserves are decreasing. The recovery of this nutrient has become a topic of great scientific and technological interest, with domestic wastewater being a good source of it. Among the many technologies, adsorption offers several advantages such as low cost, high efficiency, selectivity and simplicity of operation. The aim of this study was to verify the phosphorus removal and recovery from domestic wastewater with the use of calcined eggshell as an alternative adsorbent. The research was carried out on a laboratory scale using as phosphorus samples stock solutions prepared by dissolving monopotassium phosphate (KH2PO4) with water, preliminary effluent and supernatant of anaerobic sludge digester from a sewage treatment plant in the city of Porto Alegre. Calcined eggshells proved to be an efficient material for phosphorus removal, increasing its adsorption capacity as the calcination temperature increased and the particle size decreases. Calcined eggshell at 800 ° C for 2 hours (COC800) showed the best performance among the materials tested in this study. Satisfactory removal efficiencies were obtained for COC800 concentrations of 0.1 g.L-1 for synthetic effluent, 0.3 g.L-1 for preliminary effluent and 20 g.L-1 for anaerobic sludge supernatant. The phosphorus removal process occurred especially during the first 30 minutes, reducing over 2 hours. Both experimental isothermal model data used in the study (Langmuir and Freundlich) showed application in the process of adsorption of phosphorus to the calcined eggshell. The experimental kinetic data followed a pseudo-second order model. The morphology of the adsorbent depended on the calcination temperatures. Thermogravimetric analysis showed that organic matter was eliminated from the eggshell at 600 oC (COC600) without interfering in the chemical composition of the adsorbent, different from what occurred the 800 oC (COC800). As the calcination temperature increases, the atomic carbon concentration decreases while that of calcium increases. It is understood that the complex formed by calcium and phosphorus after treatment, is a by-product with potential for use as a soil conditioner in agriculture.