Remoção de cilindrospermopsina por adsorção em carvão ativado granular, seleção de carvões e estimativa de tempo de operação da coluna

Abstract

As mudanças climáticas e o aumento da disponibilidade de nutrientes em ambientes aquáticos têm aumentado a ocorrência de florações de cianobactérias que podem produzir cianotoxinas como a cilindrospermopsina. A adsorção em carvão ativado têm se mostrado eficientes na remoção de cianotoxinas. No presente estudo, dois carvões ativados granulares de diferentes matérias primas de origem foram avaliados e selecionou-se o carvão com maior capacidade de adsorção à cilindrospermopsina. Para esse carvão foi estimado o tempo de operação de uma coluna de carvão ativado granular em escala real sob diferentes tempos de contato de leito vazio e concetração afluente da toxina. O tempo de operação da coluna foi estimado usando o Modelo de Difusão de Superfície Homogênea (HSDM). Os parâmetros para aplicação do modelo foram obtidos por meio de ensaios de equilíbrio de adsorção e por ensaios de coluna de leito reduzido. O carvão cuja materia prima de origem é a madeira foi o adsorvente que apresentou maior capacidade de remover a cilindrospermopsina. Ao ser estudada a cinética de adsorção verificou-se, para ambos os carvões, que o processo adsortivo atinge o equilibrio após 12 horas, também foi obtido o melhor ajuste dos dados experimentais ao modelo de pseudo segunda ordem, em que a constante da taxa de pseudo segunda ordem, para o carvão de madeira, foi de 0,3478 g/(mg.min). Os dados experimentais dos ensaios de equilibrio apresentaram melhor ajuste ao modelo isotérmico de Langmuir, no qual o carvão da madeira teve uma capacidade máxima de adsorção de 3,67 μg/mg e constante de adsorção de Langmuir de 0,2791 L/ μg. A metodologia produziu resultados satisfatórios em que o HSDM simulou os dados experimentais com um coeficiente de determinação de 0,89 aplicando o coeficiente de difusão no filme (Kf) de 9x10−6 m/s e o coeficiente de difusão superficial (Ds) de 3x10−16m²/s. Observou-se que o aumento no tempo de contato de leito vazio promove uma redução na taxa de uso de carvão. Ao serem avaliados os cenários com ocorrências da cilinsrospermopsina em concentrações com maior registro de ocorrência nos mananciais de abastecimento (até 15µg/L), foi observado que as alterações na concentração afluente da toxina apresentam grande impacto no tempo de operação da coluna. Foi verificado que o carvão de madeira possibilita que a coluna seja operada por um período superior a seis meses até que seja necessária à sua substituição ou regeneração, o que indica a viabilidade do uso de colunas absorvedoras de carvão ativado granular para tratamento de água contendo cilindrospermopsina dissolvida.