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Title: Tratamento de água contaminada com cobre (cu2+) utilizando filtração lenta e adsorção.
Other Titles: Treatment of water contaminated with copper (cu2+) using slow filtration and adsorption.
???metadata.dc.creator???: SOUSA, Thâmara Martins Ismael de.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: COURA, Mônica de Amorim.
???metadata.dc.contributor.advisor2???: OLIVEIRA, Andréa Maria Brandão Mendes de.
???metadata.dc.contributor.referee1???: VIEIRA , Fernando Fernandes.
???metadata.dc.contributor.referee2???: OLIVEIRA , Rui de.
???metadata.dc.contributor.referee3???: ALMEIDA, Marcello Maia de.
Keywords: Água potável;Tratamento de água – contaminada com cobre;Filtro lento e adsorção;Resíduo de caulim;Cascas de arroz vermelho;Coluna de leito fixo;Potable water;Water treatment – contaminated with copper;Slow filter and adsorption;Kaolin residue;Red rice husks;Fixed bed column
Issue Date: 24-Nov-2023
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: SOUSA, Thâmara Martins Ismael de. Tratamento de água contaminada com cobre (cu2+) utilizando filtração lenta e adsorção. 176 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil e Ambiental) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental, Centro de Tecnologia e Recursos Naturais, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2023.
???metadata.dc.description.resumo???: Em todo o mundo, bilhões de pessoas não têm acesso à água potável e consomem água diretamente de mananciais superficiais ou subterrâneos, com variados graus de contaminação microbiológica e inorgânica. Em decorrência, registram-se anualmente números elevados de doenças e mortes relacionadas à ingestão de água contaminada, sobretudo em comunidades isoladas. Diante disso, esta pesquisa avaliou o tratamento de água contaminada com cobre (Cu2+) em um sistema composto por filtração lenta e adsorção, em escala piloto. Na primeira fase da pesquisa, foram avaliados dois modelos de filtros lentos, empregando resíduo da mineração de caulim como meio filtrante, sendo um com leito filtrante de camada dupla (FL-D) e o outro com camada tripla (FL-T). Os filtros foram alimentados com a água do rio Piranhas, em regime intermitente, por 92 dias. O desempenho dos FL-D e FL-T foi avaliado em relação a diversos indicadores físicoquímicos e microbiológicos de qualidade da água, além disso, foram observadas as perdas de carga e os schmutzdeckes de cada filtro. Na segunda fase, foi avaliada a adsorção de Cu2+ em cascas de arroz vermelho. Para tanto, foram realizados os ensaios de caracterização por espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier, fluorescência de raios X e microscopia eletrônica de varredura. Os ensaios de cinética e isotermas de adsorção foram realizados utilizando 2 g de cascas de arroz vermelho e 50 mL de solução sintética de Cu2+, com concentrações variando de 1 a 128 mg L-1. Uma coluna de adsorção em leito fixo em escala de laboratório foi montada para avaliação da adsorção dinâmica de Cu2+ em um leito adsorvente de 5 cm de cascas de arroz vermelho, empregando solução sintética e solução real (água do rio previamente tratada pelo FL-T), na concentração de 8 mg L-1 e vazão de 13 mL min-1. Por fim, uma coluna de adsorção em leito fixo em escala piloto foi instalada no sistema experimental como unidade de póstratamento ao FL-T, e empregada no tratamento da água do rio Piranhas enriquecida com 8 mg L-1 de Cu2+. Os resultados da primeira fase demonstraram que os filtros lentos empregando resíduo de caulim como meio filtrante apresentaram remoções medianas superiores a 68% de turbidez, 74% de ferro total, 75% de nitrogênio amoniacal, 97% de coliformes totais e 96% de E.coli, sendo o FL-T mais eficiente na remoção dos indicadores turbidez e coliformes totais. Os resultados da segunda fase revelaram a presença dos grupos funcionais hidroxilas, carbonilas e carboxilas, e a distribuição de sulcos e rugosidades nas superfícies das cascas de arroz vermelho. A cinética de adsorção indicou que o equilíbrio foi alcançado após 20 minutos e o modelo de pseudo-segunda ordem apresentou um melhor ajuste aos dados experimentais (R²=0,98). A capacidade máxima de adsorção de Cu2+ nas cascas de arroz vermelho, obtida experimentalmente, foi de 2,30 mg g -1 e os dados experimentais foram mais bem ajustados ao modelo de Langmuir, com qmax estimado em 7,19 mg g-1. A coluna de adsorção em escala de laboratório apresentou tempo de exaustão de 310 min, capacidade de adsorção de 1,12 mg g-1 e percentual de saturação de 79%, para solução real, e os dados foram bem ajustados ao modelo de Thomas (R² 0,95- 0,99). A coluna de adsorção em escala piloto tratou adequadamente 104 L de água, em conformidade com o valor máximo permitido para Cu2+ em água potável, antes de atingir o ponto de ruptura. Portanto, o sistema proposto mostrou ser uma alternativa promissora para o tratamento de água de rio contaminada com Cu2+, reduzindo eficazmente diversos indicadores de qualidade da água a níveis aceitáveis de acordo com a legislação nacional (Portaria GM/MS nº 888/2021) e as recomendações internacionais da OMS.
Abstract: Around the world, billions of people have no access to potable water and directly consume surface or underground water with no treatment and different degrees of microbiological and inorganic contamination. As a result, there are numerous annual cases of diseases and deaths related to consumption of contaminated water, particularly in isolated communities. Considering the exposed, the present study evaluated the treatment of water contaminated with Cu2+ in a system composed of slow filtration and adsorption in a pilot scale. In the first phase of the study, two slow filter models using as filter medium a kaolin residue from mining activities were evaluated, one with a double-layer filter bed (FL-D) and the other with a triple-layer filter bed (FL-T). The filters were fed with water from Piranhas River in an intermittent regime during 92 days. The performance of FL-D and FL-T was evaluated considering several physicochemical and biological indicators of water quality, and the load loss and schmutzdeckes of each filter were also monitored. In the second phase, the adsorption of Cu2+ in red rice husk was analyzed using Fourier-transform infrared spectroscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy, and scanning electron microscopy. Kinetics and adsorption isotherms tests were conducted using 2 g of red rice husk and 50 mL of Cu2+ synthetic solution, with concentrations of 1 to 128 mg L-1. A fixed-bed adsorption column in laboratory scale was set to evaluate the dynamic adsorption of Cu2+ in a 5-cm thick adsorbent bed made of red rice husk, employing a synthetic solution and a real solution (river water previously treated using FL-T), in a concentration of 8 mg L-1 and flow of 13 mL min-1. Moreover, a fixed-bed adsorption column in a pilot scale was installed in the experimental system as a post-treatment unit after FL-T and employed to treat Piranhas River water with 8 mg L-1 of Cu2+. The results of the first phase indicated that slow filters using kaolin residue as a filter medium exhibited average removal above 68% for turbidity, 74% for total Fe, 75% for ammoniacal nitrogen, 97% for total coliforms, and 96% for E. coli, being FL-T more efficient for the removal of turbidity and total coliforms. The results of the second phase revealed the presence of several hydroxyl, carbonyl, and carboxyl functional groups and the distribution of grooves and rugosities on the red rice husk surface. The adsorption kinetics data indicated that the balance was reached after 20 min and the data exhibited the best fit with the pseudo-second order model (R² = 0.98). The maximum adsorption capacity of Cu2+ by red rice husk experimentally obtained was 2.30 mg g-1 and the experimental data adjusted better to the Langmuir model, with qmax estimated as 7.19 mg g-1. The adsorption column in laboratory scale exhibited an exhausting time of 310 min, adsorption capacity of 1.12 mg g-1 , and saturation percentage of 79% for the real solution; the data were better adjusted to the Thomas model (R² = 0.95–0.99). The adsorption column in pilot scale adequately treated 104 L of water, in accordance with the maximum value allowed for Cu2+ in potable water, before reaching the rupture point. Therefore, based on the results, the proposed system is a promising alternative for the treatment of water contaminated with Cu2+, efficiently reducing several indicators of water quality to acceptable levels as per national regulations (Ordinance GM/MS nº 888/2021) and international regulations of the World Health Organization.
Keywords: Água potável
Tratamento de água – contaminada com cobre
Filtro lento e adsorção
Resíduo de caulim
Cascas de arroz vermelho
Coluna de leito fixo
Potable water
Water treatment – contaminated with copper
Slow filter and adsorption
Kaolin residue
Red rice husks
Fixed bed column
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia Civil.
Engenharia Ambiental.
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/34767
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Civil e Ambiental

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THÂMARA MARTINS ISMAEL DE SOUSA – TESE (PPGECA) 2023.pdf4.62 MBAdobe PDFView/Open


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