dc.creator | Oliveira, Robson Alves de | |
dc.date.accessioned | 2019-11-06T14:27:17Z | |
dc.date.available | 2019-11-06T14:27:17Z | |
dc.date.issued | 2019-04-26 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/18819 | |
dc.description.abstract | Fluoride (Fˉ) is an element that is commonly present in groundwater, and that in excessive
concentrations may make it unfit for consumption. Contamination of groundwater by fluoride
ions may occur through natural processes or due to anthropic activity, with the release of
fluoride-containing industrial waste. Excessive intake of fluoride may, in the long run, cause
so-called dental and skeletal fluorosis. In addition, ingestion of excess fluoride can also, in
severe cases, lead to neurological damage, Alzheimer's disease and cancer. That is why it is
fundamental to the de-watering of groundwater for human supply. Adsorption is a prominent
technique among the available methodologies for water defluoride, being one of the most
efficient in terms of cost, design and operation. In this sense, the main goal of the present study
was the application of adsorption to groundwater defluoride for human supply in the State of
Rio Grande do Sul. Preliminary tests were carried out for the removal of fluoride from synthetic
solutions 5 mg L-1, in which several adsorbent, commercial and alternative. A process of
ultrasonic assisted synthesis of an adsorbent based on activated alumina modified with ZnCl2
(AA-ZnCl2) has been proposed. In the characterization step, the adsorbents adsorbents
adsorbents adsorbents commercial powder without chemical modification (AACP) and AAZnCl2
were obtained, and BET, EDS scanning electron microscopy, diffraction analysis of Xrays
and FT-IR. A procedure was performed to obtain the ideal conditions of the fluoride
adsorption process with AA-ZnCl2, using a Central Compound Design for two factors (pH and
adsorbent dosage) with response surface methodology. Kinetic and isothermal adsorption tests
of fluoride were carried out for AACP and AA-ZnCl2, and the optimum adsorbent conditions
proposed for adsorption of groundwater fluoride were obtained. In the preliminary tests AACP
it presented fluoride removal efficiencies of 65.4 and 66% for synthetic solutions, and only
38.6% for groundwater. The adsorbent presented the best percentage of removal for both
synthetic solutions (> 98%) and groundwater (55.4%). The analysis of the residual
concentrations of fluoride, chloride, nitrate, sulfate and phosphate obtained for the synthetic
solution of fluoride showed that these parameters meet the maximum permitted value stipulated
by the Brazilian standard regulation of potability (Portaria de Consolidação nº 5/2017). The
results of the procedure to obtain the ideal conditions of the fluoride adsorption process showed
that the two variables, pH and adsorbent dosage, and their interactions on the adsorption
capacity are significant at the level of significance adopted. The AA-ZnCl2 exhibited fluoride
adsorption property in the pH range of 4 to 10, and the dosage defined as the ideal for the
following experiments was 3 g L-1. The results of adsorption kinetics tests showed that AAZnCl2
presented an extremely fast and efficient adsorption. For an initial fluoride concentration
of 5 mg L-1, a removal efficiency of 97.4% was achieved with only 5 minutes of contact time,
and a fluoride residual of only 0.133 mg L-1 was obtained. The kinetic model of pseudo-second
order was the one that most adequately described the kinetics of fluoride adsorption, presenting
values of R2 ≥ 0.99. The results of the fluoride adsorption isotherms tests indicated that the
Freundlich isotherm model fitted better to the experimental data than the Langmuir isotherm
model. After the tests to obtain the optimum adsorbent conditions for adsorption of groundwater
fluoride, it is concluded that the ideal dosage, sufficient to reduce the fluoride concentration to
the limit established by Annex XX of “Portaria de Consolidação nº 5/2017”, was that of 5 g L-
1. The results showed that the adsorption with ZnCl2-modified activated alumina via ultrasonic
assisted synthesis is efficient for the groundwater defluoration for human supply. | eng |
dc.language | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Santa Maria | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | Síntese assistida por ultrassom | por |
dc.subject | Desfluoretação | por |
dc.subject | Águas subterrâneas | por |
dc.subject | Cloreto de zinco | por |
dc.subject | Íons fluoreto | por |
dc.title | Processos adsortivos aplicados à desfluoretação de água subterrânea para abastecimento humano | por |
dc.title.alternative | Adsorptive processes applied to the defluoridation of underground water for human supply | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.description.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. | por |
dc.contributor.advisor1 | Carissimi, Elvis | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/4642912749433316 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Féris, Liliana Amaral | |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/5680941524872085 | por |
dc.contributor.referee1 | Rodrigues, Cristiane Oliveira | |
dc.contributor.referee1Lattes | http://lattes.cnpq.br/9808965707951024 | por |
dc.contributor.referee2 | Silva, William Leonardo da | |
dc.contributor.referee2Lattes | http://lattes.cnpq.br/0051813511298422 | por |
dc.contributor.referee3 | Dotto, Guilherme Luiz | |
dc.contributor.referee3Lattes | http://lattes.cnpq.br/5412544199323879 | por |
dc.contributor.referee4 | Jahn, Sérgio Luiz | |
dc.contributor.referee4Lattes | http://lattes.cnpq.br/7735147410610776 | por |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/8666796019262442 | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.department | Engenharia Civil | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Tecnologia | por |