Remoção de nitrogênio amoniacal de lixiviado de aterro sanitário por processos de adsorção

Abstract

Resumo: Lixiviados podem ser caracterizados como uma solucao aquosa, contendo varias substancias que podem apresentar caracteristicas toxicas e inibidoras, que prejudicam o tratamento biologico e os corpos hidricos, como, por exemplo, o nitrogenio amoniacal, tipicamente presente. Portanto, e necessario submeter esta agua residuaria a um processo de pre e/ou pos-tratamento, como a adsorcao. O objetivo deste trabalho foi determinar a melhor condicao operacional para a remocao de nitrogenio amoniacal de lixiviado de aterro sanitario por adsorcao, em coluna de leito fixo, em escala piloto de 0,5 m3. Assim foram realizados ensaios de adsorcao em batelada e em fluxo continuo para os lixiviados de P1 (bruto) e de P2 (apos a lagoa facultativa), utilizando os adsorventes vermiculita expandida e zeolita. Dos resultados produzidos pelos ensaios em batelada, a isoterma de Langmuir foi aquela que apresentou o melhor ajuste dos dados para o lixiviado de P1 e vermiculita expandida. Por outro lado, para o mesmo lixiviado, utilizando como adsorvente a zeolita, foi a isoterma de Freundlich a qual os dados experimentais apresentaram o melhor ajuste. Com os resultados dos ensaios de termodinamica foi possivel observar a favorabilidade e a natureza endotermica do processo de adsorcao. Estes ensaios tambem permitiram observar que os adsorventes apresentam afinidade pelo adsorvato. Foi observada a eficiencia de remocao de 45% para o nitrogenio amoniacal e 37% para a DQO, quando os experimentos em escala de bancada foram realizados utilizando zeolita e lixiviado bruto, (P1). Entretanto, quando o lixiviado usado nos ensaios em coluna de bancada foi coletado no ponto P2, os resultados para a remocao de nitrogenio amoniacal e de DQO foram de 35% e 85%, respectivamente, quando a vermiculita expandida foi utilizada como adsorvente, e 6% para nitrogenio amoniacal e 66% para DQO, quando a zeolita foi utilizada como adsorvente. Com base nos resultados da capacidade de adsorcao, da altura do leito e da carga volumetrica aplicada, obtidos nos ensaios em fluxo continuo em escala de bancada foram determinadas as condicoes experimentais para a mudanca de escala para um reator de 0,5 m3. Para isso foram utilizados os metodos de Thomas e BDST, sendo que o ultimo apresentou as melhores condicoes operacionais em termos de altura de leito da coluna em escala piloto. Dos resultados obtidos dos experimentos em coluna de leito fixo em escala piloto, foi possivel observar que as melhores condicoes operacionais foram obtidas para o lixiviado de P1 e carga volumetrica aplicada de 2,5 kg N-NH3/m3d. Nestas condicoes, as eficiencias de remocao de nitrogenio amoniacal, de DQO e de COD foram de 71%, 48% e 22%, respectivamente. Vale a pena mencionar que nos experimentos em escala piloto as colunas de adsorcao foram preenchidas apenas com vermiculita expandida.

Abstract: Leachate is an aqueous solution containing several substances with possible toxic and inhibitory characteristics, such as ammonium nitrogen, which may hinder the biological processes. In order to make this wastewater suitable for biological treatment or for disposal into receiving water bodies there is a need of pre-treatment, such as adsorption. The goal of this research was to determine the parameters and conditions of the adsorption process to remove ammonium nitrogen from landfill leachate using two adsorbents, expanded vermiculite and zeolite. Thus, to determine the order of the adsorption kinetics as well as the isotherms and the thermodynamic characteristics, batch and continuous tests were carried out using leachate collected from two different points in the Curitiba's Sanitary Landfill. Langmuir and Freundlich models were used to determine the isotherms. The results produced by the batch tests made possible to determine that the Langmuir isotherm was the one to which the data best fitted when expanded vermiculite was used as adsorbent. Nevertheless, when zeolite was used the data best fitted the Freundlich model. The results from the thermodynamic tests allowed concluding that there is a favorability of the adsorption onto both the expanded vermiculite and the zeolite. It was observed that the adsorption onto both adsorbents is endothermic and that there is affinity between the adsorbents and the adsorbate. It was observed a removal efficiency of 45% for ammonium nitrogen and 37% for COD when the bench scale experiments were carried out using zeolite and raw leachate, named P1. However, when the leachate used for the bench scale experiments was collected in one of the points of the treatment system, named P2, the results for the removal of ammonium nitrogen and COD were 35% and 85%, respectively, when expanded vermiculite was used, and 6% for ammonium nitrogen and 66% for COD, respectively, when zeolite was used as adsorbent. The results for the adsorption capacity, the bed height and the volumetric load obtained from the continuous flow bench scale adsorption columns allowed scaling up the experimental conditions. Thus, to fulfill the aim of this thesis related to the operation of a 0.5m3 system of fixed bed adsorption columns the Thomas and the BDST methods were applied to the data previously collected. According to the results, the calculations resulted from the application of the BDST method presented the best operational conditions in terms of the height of the bed. The removal efficiencies for the volumetric load of 2,5 kg N-NH3/m3d were 71% for ammonium nitrogen, 48% for COD and 22% for DOC. It is worth mentioning that the experiments with the pilot scale adsorption columns were carried out with expanded vermiculite only.