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Avaliação do processo de Stripping da amônia como pré-tratamento de lixiviados de aterros sanitários

Resumo

A elevada concentração de nitrogênio amoniacal no lixiviado de aterros sanitários interfere significativamente nos processos biológicos de tratamento. Deste modo, processos de pré-tratamento físico-químicos estão sendo empregados para a remoção total ou parcial desse composto. No lixiviado, o nitrogênio amoniacal pode se apresentar tanto na forma de íon (NH4+), para valores de pH abaixo de 7, quanto na forma de amônia livre (NH3), para valores de pH acima de 7, sendo esta última de fácil remoção quando empregados sistemas de agitação. De posse de tal constatação o processo de stripping, ou arraste de amônia, surge como uma tecnologia de pré-tratamento viável para ser empregada a montante de tratamentos biológicos. Sendo assim, o presente artigo teve como objetivo avaliar a aplicação da operação de stripping mecânico, em jar-test, de um lixiviado de aterro sanitário submetido a diferentes valores de pH. O gradiente de velocidade empregado no ensaio foi de 340 s-1 e a densidade de potência aplicada foi igual a 116 W.m-3. A concentração inicial de nitrogênio amoniacal no lixiviado em estudo foi de 2.888 mg.L-1 e o pH apresentou um valor igual a 8,18. A taxa de remoção de nitrogênio amoniacal do lixiviado, durante os ensaios de stripping, para um pH igual a 10, foi de 10 a 11mg N-NH3.L-1.h-1 (remoção total em aproximadamente 11 dias). Já para um lixiviado com pH igual a 9, a taxa de remoção de tal composto foi de 9,2 a 10 mg N-NH3.L-1.h-1 (remoção total em aproximadamente 13 dias). Para o pH natural do lixiviado (pH=8,18), a taxa de remoção de nitrogênio amoniacal foi de 7 a 7,5 mg N-NH3.L- 1.h-1 (remoção total em aproximadamente 17 dias). No presente artigo, também foi estudado a perda natural de nitrogênio amoniacal do lixiviado, ou seja, sem o processo de stripping. A taxa de remoção para tal ensaio foi igual a 4,2 a 4,4 mg N-NH3.L-1.h-1 (remoção total em aproximadamente 27 dias). Por fim, os resultados do processo de stripping ainda indicaram a redução da matéria orgânica presente no lixiviado, com eficiências de remoção de DQO que variaram de 42 a 50%.

Introdução

A degradação biológica da fração orgânica dos resíduos depositados em aterros sanitários e a infiltração de águas pluviais são responsáveis pela produção de um líquido de cor escura denominado lixiviado [1]. Caracterizado por ser uma matriz aquosa de extrema complexidade, o lixiviado apresenta em sua composição elevados teores de compostos orgânicos e inorgânicos, presentes, principalmente, nas formas dissolvida e coloidal [2]. As características físicas, químicas e biológicas do lixiviado dependem de uma série de fatores, tais como o tipo de resíduo depositado no aterro, o grau de decomposição da fração biodegradável, o clima, a estação do ano, a idade do aterro, entre outros. Isto posto, pode-se afirmar que a composição do lixiviado varia consideravelmente de aterro para aterro [3].

O tratamento do lixiviado pode se dar tanto por processos biológicos quanto por processos físico-químicos. Os recursos financeiros necessários para a construção e operação de sistemas biológicos de tratamento são tipicamente menos onerosos que aqueles exigidos por processos físico-químicos. Entretanto, o tratamento biológico do lixiviado ainda carece de melhorias no que diz respeito à remoção de nitrogênio amoniacal, metais pesados e compostos recalcitrantes [4].

As elevadas concentrações de nitrogênio amoniacal no lixiviado estão relacionadas com a quantidade de matéria orgânica presente nos resíduos aterrados, além disso, fontes como fertilizantes, produtos de limpeza e preservantes de madeira também podem contribuir com essa concentração [5]. O nitrogênio amoniacal, em uma solução aquosa como o lixiviado, pode existir tanto na forma de íon amônio (NH4+) quanto na forma de amônia livre (NH3). A predominância de uma dessas formas está relacionada com o pH do meio, sendo que em níveis de pH acima de 7 há uma maior concentração de NH3. Já em níveis de pH inferiores a 7 há uma maior concentração de NH4+ [6].

A presença de nitrogênio amoniacal em um ambiente de degradação biológica pode ser benéfica até certo ponto, pois muitos microrganismos a utilizam como fonte de nitrogênio. Porém, quando em elevadas concentrações, o nitrogênio amoniacal pode ser caracterizado como tóxico, inibindo, assim, os processos biológicos de tratamento. Estudos realizados em sistemas anaeróbios de tratamento comprovaram que concentrações de NH3, acima de 150 mg.L-1, e de NH4+, superiores a 3.000 mg.L-1, são tóxicas aos microrganismos metanogênicos [6, 7, 8]. Em vista disso, processos físico-químicos têm sido aplicados à montante de tratamentos biológicos com o intuito de reduzir parte da carga de nitrogênio amoniacal e compostos recalcitrantes presentes no lixiviado. Dentre os processos físico-químicos existentes, o stripping tem se destacado devido às significativas taxas de remoção de nitrogênio amoniacal e também aos custos reduzidos de operação e manutenção desse tipo de sistema.

O conceito do processo de stripping está relacionado com o arraste da amônia livre presente no lixiviado devido à agitação do meio. Tal agitação realizada em um reator, ou tanque de mistura, proporciona a circulação e o cisalhamento do fluido, fazendo então com que o NH3 seja dissipado ou arrastado do sistema. O desempenho de um sistema de stripping é influenciado diretamente pelo pH, temperatura do meio líquido e pelas condições de agitação impostas [9]. Quanto maior o pH e a temperatura do meio líquido maior será a concentração de nitrogênio amoniacal na forma livre, permitindo, desse modo, uma maior remoção dessa substância. Uma das grandes vantagens desse processo também está relacionada com o controle da quantidade de amônia que se deseja remover do lixiviado, possibilitando, assim, seu correto tratamento a jusante por meio de processos biológicos [6].

Deste modo, a presente pesquisa teve como objetivo avaliar o processo de stripping mecânico da amônia presente no lixiviado, com o intuito de destacar as possíveis configurações operacionais (pH, temperatura e agitação) a serem empregadas por gestores de aterros sanitários e de estações de tratamento de esgoto (ETEs), que realizam a codisposição dessa água residuária.

Autores: Julio Cezar Rietow; Maurício Yukio Yamanari Nagashima; Priscila Luana de Deus; Ellen Caroline Baettker e Miguel Mansur Aisse.

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