Processos adsortivos aplicados à desfluoretação de água subterrânea para abastecimento humano
Resumo
O fluoreto (Fˉ) é um elemento que está comumente presente na água subterrânea, e que em
concentrações excessivas pode torna-la imprópria para consumo. A contaminação das águas
subterrâneas por íons fluoreto pode ocorrer através de processos naturais ou devido à atividade
antrópica, com o lançamento de despejos industriais contendo fluoreto. Uma ingestão excessiva
de fluoreto pode, a longo prazo, causar a chamada fluorose dentária e esquelética. Além disso,
a ingestão de fluoreto em excesso também pode, em casos graves, conduzir a lesões
neurológicas, Mal de Alzheimer e câncer. Por isso é fundamental à desfluoretação da água
subterrânea para abastecimento humano. A adsorção é uma técnica de destaque entre as
metodologias disponíveis para desfluoretação da água, sendo uma das mais eficientes em
termos de custo, concepção e operação. Nesse sentido, o presente estudo teve como objetivo
principal a aplicação da adsorção para a desfluoretação de água subterrânea para abastecimento
humano no Estado do Rio Grande do Sul. Para isso foram realizados ensaios preliminares para
remoção de fluoreto de soluções sintéticas 5 mg L-1, nos quais foram utilizados diversos
adsorventes, comerciais e alternativos. Foi proposto um processo de síntese assistida por
ultrassom de um adsorvente à base de alumina ativada modificada com ZnCl2 (AA-ZnCl2). Na
etapa de caracterização foram obtidos o ponto de carga zero dos adsorventes alumina ativada
comercial em pó sem modificação química (AACP) e AA-ZnCl2, e foram utilizadas as técnicas
de BET, microscopia eletrônica de varredura com EDS, análise de difração de raios-X e FT-IR.
Foi realizado um procedimento para obtenção das melhores condições do processo de adsorção
de fluoreto com a AA-ZnCl2, utilizando um Delineamento Composto Central para dois fatores
(pH e massa de adsorvente), com metodologia de superfície de resposta. Foram realizados
ensaios de cinética e isotermas adsorção de fluoreto para a AACP e a AA-ZnCl2, e obtidas as
condições ideals do adsorvente proposto para adsorção de fluoreto da água subterrânea. Nos
ensaios preliminares a AACP apresentou eficiências de remoção de fluoreto de 65,4 e 66% para
soluções sintéticas, e de apenas 38,6% para a água subterrânea. Já a AA-ZnCl2 foi o adsorvente
que apresentou o melhor percentual de remoção, tanto para soluções sintéticas (> 98%), quanto
para a água subterrânea (55,4%). A análise das concentrações residuais de fluoreto, cloreto,
nitrato, sulfato e fosfato obtidas para a solução sintética de fluoreto mostrou que esses
parâmetros atendem ao valor máximo permitido estipulado pelo padrão brasileiro de
potabilidade (Portaria de Consolidação n. 5/2017). Os resultados do procedimento para
obtenção das melhores condições do processo de adsorção de fluoreto mostraram que as duas
variáveis, pH e massa de adsorvente, e suas interações na capacidade de adsorção são
significantes ao nível de significância adotado. A AA-ZnCl2 apresentou propriedade de
adsorção de fluoreto na faixa de pH de 4 a 10, e a massa definida como a ideal para os
experimentos seguintes foi de 3 g L−1. Os resultados dos ensaios de cinética de adsorção
demonstraram que a AA-ZnCl2 apresentou uma adsorção extremamente rápida e eficiente. Para
uma concentração inicial de fluoreto de 5 mg L-1, foi alcançada uma eficiência de remoção de
97,4% com apenas 5 minutos de tempo de contato, sendo obtido um residual de fluoreto de
apenas 0,133 mg L-1. O modelo cinético de pseudo segunda-ordem foi o que descreveu mais
adequadamente a cinética de adsorção de fluoreto, apresentando valores de R2 ≥ 0,99. Os
resultados dos ensaios de isotermas de adsorção de fluoreto indicaram que o modelo de isoterma
de Freundlich se ajustou melhor aos dados experimentais do que o modelo de isoterma de
Langmuir. Após os ensaios para obtenção das condições ideals do adsorvente para adsorção de
fluoreto da água subterrânea, conclui-se que a massa ideal, suficiente para reduzir a
concentração de fluoreto ao limite estabelecido pelo Anexo XX da Portaria de Consolidação nº
5, foi a de 5 g L-1. Os resultados mostraram que a utilização da adsorção com alumina ativada
modificada com ZnCl2 via síntese assistida por ultrassom é eficiente para a desfluoretação de
água subterrânea para abastecimento humano.
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