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Type: Tese de Doutorado
Title: Precipitação de estruvita: recuperação de nitrogênio e fósforo utilizando fontes alternativas de reagentes
Authors: Samuel Rodrigues Castro
First Advisor: Lisete Celina Lange
First Referee: Monica Maria Diniz Leao
Second Referee: Juacyara Carbonelli Campos
Third Referee: José Roberto Guimarães
metadata.dc.contributor.referee4: Silvia Maria Alves Correa Oliveira
Abstract: O processo físico-químico da precipitação de estruvita é uma técnica que apresenta elevado potencial para a remoção de nutrientes, a partir de diferentes tipologias de efluentes. O presente trabalho teve por objetivo geral a avaliação do emprego de fontes alternativas de magnésio e fosfato, a fim de baixar custos e tornar o processo economicamente viável. O desempenho dos reagentes alternativos foi avaliado em função da remoção de nutrientes, nitrogênio e fósforo, e da qualidade dos cristais gerados, com a possível identificação da estruvita. Compostos industriais de magnésia, com diferentes teores de MgO, foram submetidos a reações de hidratação como etapa prévia às reações de precipitação. As suspensões de Mg(OH)2 geradas foram utilizadas como fontes de íons de magnésio e alcalinidade, necessárias à reação de precipitação. Como fonte alternativa de fosfato, utilizou-se farinha de osso, resíduo da indústria alimentícia que, após ser submetida a etapas de caracterização e dissolução ácida, também foi avaliada. Em uma primeira etapa, utilizando um sistema jar-tests e reagentes sintéticos, as condições ótimas de reação foram definidas em planejamento experimental e empregadas na avaliação das fontes alternativas de reagentes. Em condições operacionais de pH igual 8,5 e razão estequiométrica Mg2+:NH4+:PO43- igual a 1,5:1,0:1,25, a suspensão de Mg(OH)2 promoveu remoção de N-NH4+ igual a 72,9%. Já a farinha de osso, nas mesmas condições, promoveu remoção de N-NH4+ superior, igual 82,1%, possivelmente, em função do menor número de interferentes inseridos no meio reacional. Em uma segunda etapa, a precipitação foi avaliada sob duas diferentes condições e sistemas de reação, com operações em semi-contínuo: um reator cônico e um reator de leito fluidizado. O reator cônico, operado em escala laboratorial e utilizando suspensões de Mg(OH)2 como fonte reagente alternativa, promoveu remoção média de P-PO43- igual a 93,5%, porém, demonstrou-se ineficiente no crescimento dos cristais, possivelmente, devido as forças de cisalhamento geradas no meio em função da agitação mecânica. Já o reator de leito fluidizado, operado em escala piloto e utilizando a mesma fonte reagente alternativa, promoveu remoção média de P-PO43- igual a 74,6% e um discreto crescimento dos cristais. Análises dos sólidos gerados nessa última etapa possibilitaram a identificação majoritária de estruvita com pureza superior a 90%. Por fim, destaca-se a eficácia do processo de precipitação como técnica de tratamento de efluentes com a utilização de fontes alternativas de reagentes, de baixo custo, como as utilizadas nesse estudo.
Abstract: The physico-chemical process of struvite precipitation is a technique that shows a high potential in recovering nutrients from different kinds of wastewaters. The present work aimed the evaluation of alternative sources of magnesium and phosphate to turn the process economically viable. The alternative reagents performance was evaluated in function of nutrients recovery and quality of the obtained crystals with possible identification of struvite. Industrial magnesia compounds in different MgO contents were subjected to hydration reactions as a prior step to the chemical precipitation. The Mg(OH)2 slurries obtained were used as magnesium and alkalinity source necessary to the precipitation reactions. As alternative source of phosphate, bone meal was also evaluated; a residue generated by food industry and subjected to characterization and acid dissolution steps. In a first stage performed in an jar-tests apparatus, the optimum conditions were set out through an experimental design and used in the evaluation of the alternative sources. In operational conditions of pH equal to 8.5 and Mg2+:NH4+:PO43- stoichiometric ratio equal to 1.5:1.0:1.25, the Mg(OH)2 slurry promoted a NH4+-N removal equal to 72.9%. On the other hand, bone meal promoted a higher NH4+-N removal, equal to 82.1% at the same operational conditions. This was probably due to the smaller amount of interfering inserted into the reaction medium. In a second stage, the chemical precipitation was evaluated under two different conditions and reaction systems operated in semi-continuous: a conic reactor and a fluidized bed reactor. The conic reactor was operated in laboratory scale by using Mg(OH)2 slurries as alternative source of reagent. It promoted an average PO43--P removal equal to 93.5%, however, this reactor has been shown ineffective regarding the crystals growth possibly due to shear forces generated in the medium by mechanical stirring. The fluidized bed reactor was operated in pilot scale by using the same alternative source of reagent. It promoted an average PO43--P removal equal to 74.6% and a discrete crystals growth. Analysis of the obtained solids in this last stage allowed the majority identification of struvite with a purity degree over 90%. Finally, it highlights the effectiveness and the feasibility of the chemical precipitation process as a technique of effluents treatment using alternative and low-cost reagent sources such as those evaluated in this study.
Subject: Meio ambiente
Precipitação (Química)
Engenharia sanitária
Saneamento
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-9MHL7Z
Issue Date: 6-Jun-2014
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