Tratamento de efluentes ricos em sulfato por adsorção em resinas de troca iônica.

Abstract

A presença de íons sulfato em efluentes e águas industriais representa um sério problema para diversos setores industriais, para o meio ambiente e para a saúde humana, os quais são agravados pela sua alta solubilidade em meios aquosos. Visando ao tratamento de efluentes ricos em íons sulfato, em especial de efluentes ácidos de mineração, o presente trabalho descreve estudos de remoção do íon via adsorção em resinas de troca iônica. Foram utilizadas as resinas de troca aniônica: Purolite A500, Amberlite IRA458 e Amberlyst A21, sendo as duas primeiras fortemente básicas e a terceira fracamente básica. Nos ensaios realizados em batelada, observou-se que o processo de adsorção de sulfato pelas resinas estudadas é, principalmente, influenciado pela relação massa de sulfato (na solução)/volume de resina. Especificamente para as resinas Amberlite IRA458 e Amberlyst A21, foi observado que o pH do meio exerce uma influência significativa em seus processos de adsorção, os quais são favorecidos em pH’s ácidos. Trabalhando nas melhores condições operacionais de adsorção, foram realizados os estudos cinéticos e termodinâmicos, assim como a construção das isotermas para as resinas Purolite A500 e Amberlyst A21, uma vez que a resina Amberlite IRA458 não é recomendada para adsorção em temperaturas superiores a 35°C. Esses estudos mostraram que os respectivos processos de adsorção são relativamente rápidos, sendo que a resina Purolite A500 e a Amberlyst A21 alcançaram o equilíbrio após decorridos, respectivamente, cerca de 20 minutos e 45 minutos de contato entre a fase sólida a fase líquida. Os dados experimentais ao serem ajustados aos modelos cinéticos de pseudoprimeira ordem, pseudossegunda ordem e de difusão intrapartícula, mostraram que o processo de adsorção de sulfato pela resina Purolite A500 segue a cinética de pseudoprimeira ordem e, pela resina Amberlyst A21, os modelos de pseudoprimeira ordem e ao de pseudossegunda ordem. Observou-se também que a temperatura exerce pouca influência nos processos de adsorção de sulfato pelas resinas Purolite A500 e Amberlyst A21, os quais são de fisiossorção. Para a resina Purolite A500, o processo é endotérmico (ΔH°=10,81kJ/mol) e a acessibilidade dos íons sulfato aos sítios de adsorção aumenta com o aumento da temperatura (ΔS°=0,082kJ/mol.K). Para a resina Amberlyst A21, o processo é exotérmico (ΔH°=-25,06 kJ/mol) e a acessibilidade dos íons sulfato aos sítios diminui com o aumento da temperatura (ΔS°=-0,042kJ/mol.K). Os processos de adsorção em ambas as resinas podem ser descritos pelos modelos de Freundlich e de Langmuir. Nos ensaios de dessorção, em batelada, observou-se que íons sulfato são facilmente dessorvidos (>75%) das resinas Purolite A500 e Amberlyst A21 na presença de solução de cloreto de sódio (1,1 e 2,2g(Cl-)/L) ou de hidróxido de sódio (pH = 10 e 12). Os experimentos realizados em colunas de leito fixo foram desenvolvidos avaliando o efeito da concentração inicial de sulfato na alimentação do sistema, da altura do leito e da vazão, onde a resina Purolite A500 alcançou um carregamento máximo de, aproximadamente, 50mg(SO4 2-)/mL(resina), enquanto que a resina Amberlyst A21 manteve o mesmo desempenho observado em batelada (~10mg(SO4 2-)/mL(resina)). O modelo de Adams-Bohart pode ser aplicado para descrever o processo de adsorção de sulfato pela resina Purolite A500, mas não mostrou boa correlação com os dados obtidos pela resina Amberlyst A21.