Utilização de rejeito de carvão mineral modificado com HTDMA-Br como sólido sorvente no tratamento de águas contaminadas com nitrato

Entre as principais fontes de contaminação de águas superficiais e subterrâneas encontra-se o lançamento de despejos industriais e de esgoto doméstico sem tratamento e o uso de fertilizantes agrícolas. Nestas matrizes, o íon nitrato aparece como um dos poluentes que mais influencia na degradação das águas. O nitrato é extremamente estável e solúvel em meio aquoso, o que dificulta a remoção do mesmo de águas e efluentes. Uma alternativa de baixo custo e eficiente para remover este poluente consiste no processo de sorção. Além disso, ressalta-se que diversos sólidos podem ser utilizados como sorvente na remoção de poluentes. Sendo assim, os resíduos sólidos, produzidos por diferentes tipologias industriais, como por exemplo, as carboníferas, que precisam ser gerenciados de forma adequada poderiam ser uma alternativa de sólido sorvente. Durante o beneficiamento do minério, estima-se que cerca de 60 % da massa inicial adicionada ao processo seja descartada como rejeito, sendo esse, fonte de importantes impactos ao meio ambiente. Neste contexto, o presente trabalho propõe verificar a possibilidade de tratamento de águas contaminadas com o íon nitrato através do processo de sorção utilizando rejeito do beneficiamento do carvão como sólido sorvente. Para isso, foram realizados ensaios preliminares com sólido natural e com o mesmo sólido modificado quimicamente. Constatou-se que a superfície do rejeito tratada com solução de HDTMA-Br 60 mM torna o processo mais eficiente. Assim, o sólido modificado foi utilizado para a realização de ensaios de sorção visando obter as melhores condições experimentais. A influência dos seguintes parâmetros foi estudada: o pH (de 2 a 10), o tempo de contato da solução de nitrato com o sólido sorvente (de 0 a 90 minutos) e a concentração de sorvente (de 0 a 2 g/100mL da solução). Ainda, isotermas de equilíbrio foram construídas utilizando as melhores condições operacionais encontradas em três temperaturas diferentes (25, 35 e 45ºC). Os dados experimentais foram ajustados aos modelos de Freundlich, Langmuir, Sips e Redlich Peterson. Os resultados obtidos mostraram que as condições que apresentaram os maiores percentuais de remoção do íon estudado foram: pH 6, 60 minutos de tempo de contato e 1 g/100 mL de sorvente. Já quando comparados os dados com os modelos das isotermas, o modelo que melhor descreve o processo foi Sips, com R2 superior a 0,99 em todas as temperaturas avaliadas. Os dados obtidos indicam que rejeito proveniente do beneficiamento de carvão é satisfatório na remoção do íon nitrato, alcançando remoção superior a 90 %. Já no efluente real estudado, houve remoção acima de 90 % do íon nitrato. Comparando os resultados com os limites estabelecidos pela Portaria 2914 de 2011 do Ministério da Saúde, que dispõe sobre os padrões de qualidade da água, o parâmetro nitrato, após tratamento de sorção proposto no presente trabalho ficou abaixo do valor máximo (10 mg L-1) que consta na Portaria. A pesquisa realizada mostra que é possível tratar águas contaminadas com nitrato utilizando um resíduo industrial proveniente de carboníferas, contribuindo para redução do impacto ambiental em diferentes dimensões. Among the main sources of water contamination are the release of untreated industrial waste and domestic effluents and the use of agricultural fertilizers. In contaminated water, the ion nitrate appears as one of the effluents with the higher influence on water degradation. Nitrate is extremely stable and soluble in water, which hampers its removal from water and effluents. Is a low-cost and efficient alternative to remove this pollutant is the sorption process, which has been studied for the removal of several compounds. In addition, it is emphasized that various solids can be used as sorbent in the removal of pollutants. Therefore, solid wastes, produced by different industrial typologies, such as carboniferous, that need to be adequately managed could be a solid sorbent alternative. During the ore’s beneficiation, it is estimated that about 60% of the initial mass added to the process is discarded as a residue, which is source of important impacts on the environment. In this context, this work proposes to verify the possibility to treat nitrate-contaminated waters through the sorption process using the residue of coal beneficiation as solid sorbent. Preliminary tests were performed with the natural and chemically-modified solid. It was determined that the residue surface treated with the solution HDTMA-Br 60 mM increases the efficiency of the process. Thus, the modified solid was used for the performance of sorption tests aiming to obtain the best experimental conditions for sorption. The influence of the following parameters was studied: pH (from 2 to 10), contact time of the nitrate solution with the solid sorbent (from 0 to 90 minutes) and sorbent concentration (from 0 to 2 g.100mL-1 of the solution). Furthermore, equilibrium isotherms were built using the best operational conditions found in three different temperatures (25, 35 and 45°C). Experimental data were adjusted to the models of Freundlich, Langmuir, Sips and Redlich Peterson. Obtained results showed that the highest percentages of ion removal were achieved by: pH 6, contact time of 60 minutes and 1g.100mL-1 of sorbent. When comparing the data with isotherm models, Sips was the model that best describes the process, with an R² higher than 0.99 in all evaluated temperatures. The data obtained indicate that the residue from coal beneficiation is satisfactory in the removal of nitrate, reaching a removal rate of more than 90 %. In the real effluent studied, there was removal of more than 90 % of the nitrate ion. Comparing the obtained results with the Ordinance 2914 from 2011 of the Brazilian Health Ministry, , which determines the water quality standards, the nitrate parameter, after sorption treatment proposed in the present study, was below the maximum value (10 mg L -1 ) Contained in the Ordinance. The research shows that it is possible to treat water contaminated with nitrate using an industrial waste from carboniferous, contributing to reduce the environmental impact in different dimensions.