dc.creator | Somavilla, Ezequiel Andrei | |
dc.date.accessioned | 2022-06-15T17:24:50Z | |
dc.date.available | 2022-06-15T17:24:50Z | |
dc.date.issued | 2020-01-27 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/24878 | |
dc.description.abstract | The excess of fluoride ions (F-) is a problem in the quality of water supply because they can trigger
human health problems such as dental and skeletal fluorosis. Removal of F- to concentrations predicted
by potability standards (less than 1.5 mg F-L-¹) can be made possible by the use of unit
electrocoagulation-flotation (ECF) operations and adsorption. The main objective of this dissertation
was to contextualize the problem of F- in water, groundwater monitoring and consequently propose and
study defluoridation operations, evaluating the best-operating conditions of electrocoagulation-flotation
and the development of adsorbent for adsorption. Initially, the dependence of groundwater resources
was presented, and the General Monitoring Index (IGM) showed that in 2018 in Brazil, the average
water quality sampling was 1.3 samples per 1,000 inhabitants. Besides, about 489 samples were
performed due to reporting, disasters or F- outbreaks, with dilution being the most used technique to
reduce F- concentrations. In well water monitoring at the university, mean concentrations of 2.7 mgF-L-¹ were found, and at school 3.8 mgF-L-¹, accompanied by high concentrations of other parameters. As
an alternative to defluoridation, ECF with school water samples completely removed at F- concentrations,
with the best conditions having a pH below 6.2, reaction times greater than 20 minutes, any value being
current density ensures a minimum efficiency of 95%. The removal of F- in aluminum hydroxide flakes
was the identified defluoridation mechanism, and a negative aspect is the residual aluminum
concentrations in the treated water were above the potability limit. Finally, it is concluded that ECF is
not fully sufficient to potable groundwater, however, for defluoridation is an efficient and viable
alternative. For adsorption, a tobacco residue-supported Al-Ca-Zn trimetallic composite (Al-Ca-Zn-tab)
was synthesized as an alternative to using an agricultural residue from the F- contamination chain for
defluoridation. In adsorption studies, F- removal efficiencies were up to 71.7%, with actual
accumulations of up to 2.78 mg g-¹, and maximum accumulations of 13.59 mg g-1. The most suitable
isotherm model was Freundlich, obtaining kF of 0.1336 (mg g-¹) (L mg-¹) (1 n-¹), n of 1.13, R² of 0.9978
and ARE 5.1%. The General Order kinetic model was the best fit, with kn of 0.193 min-¹, qn of 1.15 mg
g-¹, n of 7.139, R² of 0.9881 and ARE of 5.21. Besides, through the thermodynamic analysis, it was
found a predominance of physisorption phenomena and exothermic process, obtaining ΔG ° of -8.55 kJ
mol-¹, ΔH ° of -1.21 kJ mol-¹, ΔS ° of 0.023 kJ mol-¹. The proposed adsorption mechanism is based on
the ion exchange of surface hydroxyl groups, as well as electrostatic interactions due to bi and trivalent
cations. Thus, Al-Ca-Zn-tab adsorbent proved to be an efficient alternative in the removal of fluoride
ions from the water supply. Finally, with this work, we tried to present the problem of F- in waters, for
the purpose of developing efficient defluoridation technologies. Consequently, we seek to contribute to
the reduction of cases of fluorosis and other problems arising from exposure to the risk of excessive
consumption of F-, thus helping to meet the United Nations Sustainable Development Goals (SDGs). | 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 | Águas de abastecimento | por |
dc.subject | Íons fluoreto | por |
dc.subject | Desfluoretação | por |
dc.subject | Adsorção | por |
dc.subject | Eletrocoagulação-flotação | por |
dc.subject | Water supply | eng |
dc.subject | Fluoride ions | eng |
dc.subject | Defluoridation | eng |
dc.subject | Adsorption electrocoagulationflotation | eng |
dc.title | Íons fluoreto em águas subterrâneas: monitoramento e remoção por eletrocoagulação-flotação e adsorção com resíduos de tabaco | por |
dc.title.alternative | Fluoride ions in underground water: monitoring and removal by electrocoagulation-flotation and adsorption with tobacco waste | eng |
dc.type | Dissertação | por |
dc.description.resumo | O excesso de íons fluoreto (F-) constituem um problema a qualidade de águas de abastecimento, pois
podem desencadear problemas na saúde de humanos, como a fluorose dental e esquelética. A remoção
de F- até concentrações previstas por padrões de potabilidade (menores que 1,5 mg F- L-¹), pode ser
viabilizada com a utilização de operações unitárias de eletrocoagulação-flotação (ECF) e a adsorção. O
objetivo principal desta dissertação consistiu em contextualizar a problemática dos F- em águas,
monitorar poços e consequentemente propor e estudar operações de desfluoretação, avaliando as
melhores condições de operação da eletrocoagulação-flotação e o desenvolvimento de adsorvente para
adsorção. Inicialmente, apresentou-se a dependência dos recursos hídricos subterrâneos, e através do
Índice de Monitoramento Geral (IGM) apresentou-se que em 2018 no Brasil, a média amostragens de
qualidade da água foi de 1,3 amostras a cada 1.000 habitantes. Além disso, cerca de 489 amostragens
foram realizadas em função de denúncia, desastres ou surtos quanto à F-, sendo a diluição a técnica mais
empregada para redução de concentrações de F-. No monitoramento de águas do poço na universidade,
verificou-se concentrações médias de 2,7 mgF- L-¹, e na escola de 3,8 mgF- L-¹, acompanhadas de altas
concentrações de outros parâmetros. Como alternativa de desfluoretação, a ECF em regime descontínuo,
com amostras de água da escola, removeu integralmente as concentrações de F-, sendo as melhores
condições com pH inferior à 6,2, tempos de reação superiores a 20 minutos, sendo que qualquer valor
de densidade de corrente, garante eficiência mínima de 95%. A remoção de F- nos flocos de hidróxido
de alumínio foi o mecanismo de desfluoretação identificado, sendo que um aspecto negativo são as
concentrações residuais de alumínio na água tratada, estas foram superiores ao limite de potabilidade.
Por fim, conclui-se que a ECF não é totalmente suficiente para potabilizar águas subterrâneas, no
entanto, para desfluoretação é uma alternativa eficiente e viável. Para a adsorção, sintetizou-se um
compósito trimetálico Al-Ca-Zn suportado em resíduos de tabaco (Al-Ca-Zn-tab), como uma alternativa
de utilização de um resíduo agrícola da cadeia de contaminação de F-, para desfluoretação. Nos estudos
de adsorção, as eficiências de remoção de F- foram de até 71,7%, com acumulações reais de até 2,78 mg
g-¹, e acumulações máximas de 13,59 mg g-¹. O modelo de isotermas que mais se adequou foi o de
Freundlich, obtendo kF de 0,1336 (mg g-¹) (L mg-¹)(¹/n), n de 1,13, R² de 0,9978 e ARE de 5,1% . O
modelo cinético de Ordem Geral, foi o que melhor foi ajustado, com kn de 0,193 min-¹, qn de 1,15 mg
g-¹, n de 7,139, R² de 0,9881 e ARE de 5,21. Além disso, através da análise termodinâmica, verificouse
predominância de fenômenos de fisissorção e processo exotérmico, obtendo ΔG° de -8,55 kJ mol-¹,
ΔH° de -1,21 kJ mol-¹, ΔS° de 0,023 kJ mol-¹. O mecanismo de adsorção proposto é baseado na troca
iônica dos grupamentos hidroxila de superfície, além de interações eletrostáticas devido aos cátions bi
e trivalentes. Deste modo, o adsorvente Al-Ca-Zn-tab se mostrou uma alternativa eficiente na remoção
de íons fluoreto de águas de abastecimento. Por fim, com este trabalho buscou-se apresentar a
problemática dos F- em águas, para fins de desenvolvimento de tecnologias eficientes de desfluoretação.
Consequentemente, busca-se colaborar para a redução dos casos de fluorose e demais problemas
oriundos da exposição ao risco do consumo excessivo de F-, assim auxiliando no cumprimento dos
Objetivos de Desenvolvimento Sustentáveis (ODS’s) propostos pela Organização das Nações Unidas. | por |
dc.contributor.advisor1 | Carissimi, Elvis | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/4642912749433316 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Dotto, Guilherme Luiz | |
dc.contributor.referee1 | Jahn, Sérgio Luiz | |
dc.contributor.referee2 | Ruotolo, Luis Augusto Martins | |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/9685697781991450 | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.department | Engenharia Ambiental | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Tecnologia | por |