Modelagem do processo de biossorção de chumbo utilizando a macrófita aquática Eichhornia Crassipes

Abstract

Resumo: A remoção de metais pesados contidos em efluentes industriais tradicionalmente é realizada usando técnicas como eletrólise, precipitação, osmose inversa, adsorção, mas essas técnicas normalmente são pouco eficientes e dispendiosas para soluções diluídas. A biossorção, processo em que materiais naturais e seus derivados são utilizados como adsorventes na remoção e recuperação de metais pesados, é um tratamento alternativo competitivo, mas seus parâmetros cinéticos e de equilíbrio devem ser bem conhecidos, prevenindo fracassos na sua aplicação. Nesse contexto, o estudo do equilíbrio do processo de biossorção é fundamental para o desenvolvimento de um modelo matemático que permita o estudo da dinâmica do processo que contribuirá no seu melhor entendimento. A análise de variância, ANOVA, dos dados experimentais foi realizada para avaliar a influência da concentração de biomassa e da concentração inicial de chumbo sobre o processo de biossorção, concentração de oxigênio dissolvido e pH. O estudo estatístico revelou que a concentração inicial de chumbo desempenha influência estatisticamente significativa no processo de biossorção, concentração de oxigênio dissolvido e pH enquanto a concentração de biomassa exerce influência estatisticamente significativa apenas no processo de biossorção. O estudo do equilíbrio do efluente sintético foi realizado utilizando os modelos das Isoterma de Langmuir, Isoterma de Freundlich e a Isoterma de Redlich-Peterson, todos os modelos para determinada concentração de biomassa apresentaram coeficiente de correlação, R2, igual a 0,99, mostrando que todos os modelos avaliados descreveram adequadamente o equilíbrio. O estudo do equilíbrio do efluente industrial foi realizado utilizando os modelos da Isoterma de Langmuir e Isoterma de Freundlich, os dois modelos descreveram bem o equilíbrio apresentando os mesmos valores para o coeficiente de correlação, 0,99 e 0,97, nas concentrações de biomassa avaliadas, 40 e 50 mg.L-1, respectivamente. O modelo matemático para a descrição da dinâmica foi desenvolvido utilizando as condições de equilíbrio fornecidas pelas isotermas estudadas combinado ao balanço material do processo para predizer o comportamento dinâmico do efluente sintético e do efluente industrial.

Abstract: The removal of heavy metals contained in industrial wastewater is traditionally performed using techniques such as electrolysis, precipitation, reverse osmosis, adsorption, but these techniques are usually inefficient and expensive for dilute solutions. Biosorption process in which natural materials and their derivatives are used as adsorbents to remove and recover heavy metals, is a competitive alternative treatment, but his equilibrium and kinetic parameters should be well known, preventing failures in its implementation. In this context, the study of equilibrium of the biosorption process is fundamental to the development of a mathematical model that allows studying the dynamics of the process that will contribute to your understanding. The analysis of variance, ANOVA, experimental data was performed to evaluate the influence of biomass concentration and initial concentration of lead on the biosorption process, concentration of dissolved oxygen and pH. Statistical analysis showed that the initial concentration of lead plays a statistically significant influence on the biosorption process, dissolved oxygen concentration and pH as the concentration of biomass influence statistically significant only in the biosorption process. The study of equilibrium of the synthetic effluent was performed using the models of Langmuir isotherm, Freundlich isotherm and Redlich-Peterson isotherm, all models for a given biomass concentration had a correlation coefficient, R2, equal to 0,99, showing that all models described adequately assessed the balance. The study of the balance of the industrial wastewater was performed using the models of the Langmuir isotherm and Freundlich isotherm, the two models described well the balance by presenting the same values for the correlation coefficient, 0,99 and 0,97, the concentrations of biomass evaluated, 40 and 50 mg.L-1, respectively. The mathematical model to describe the dynamics were developed using the equilibrium conditions given by isotherms studied matched to the material balance of the process to predict the dynamic behavior of the synthetic sewage and industrial effluent..