Sorção e dessorção de espécies metálicas em biocarvões e subprodutos industriais : implicações para seu uso na gestão de águas e solos contaminados

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Doumer, Marta Eliane
Data de Publicação: 2016
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/45102
Resumo: Orientador : Prof. Dr. Antonio Salvio Mangrich
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spelling Vidal Espinar, Miquel JoanUniversidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em QuímicaMangrich, Antonio Salvio, 1939-Doumer, Marta Eliane2022-12-22T19:47:01Z2022-12-22T19:47:01Z2016https://hdl.handle.net/1884/45102Orientador : Prof. Dr. Antonio Salvio MangrichCoorientadora : Prof. Dr. Miquel Joan Vidal EspinarTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa: Curitiba, 15/02/2016Inclui referências : f. 109-119Resumo: As atividades de mineração e refinamento de metais podem levar à severa poluição do solo por materiais particulados e escórias. Nesse sentido, o gerenciamento e estudo de áreas poluídas/contaminadas se faz necessário para que medidas de remediação sejam tomadas. Temos como exemplo a exploração de chumbo na cidade de Adrianópolis, que causou um dos piores episódios de poluição do solo por metais pesados no estado do Paraná, cobrindo uma vasta área. Uma das medidas que podem ser tomadas para mitigar o impacto da contaminação/poluição do solo é baseada na adição de materiais ao solo para promover a retenção ou diluição da concentração de contaminantes. Neste estudo, foram estudados como candidatos para a remediação de solos subprodutos industriais não-tóxicos (cinza de casca de arroz, finos de carvão e areia verde de fundição) e biocarvões produzidos de plantas aquáticas (aguapé), resíduos industriais (casca de coco verde, bagaço de cana-de-açúcar e farelo de mamona) e resíduos de galhada, desbastes e derrubada de florestas plantadas (eucaliptos). Como primeiro passo, os materiais foram caracterizados e testados no laboratório a fim de selecionar o mais adequado para a remediação de solo metal-poluídos. A capacidade de sorção foi avaliada com a construção de isotermas de sorção de Cd, Cu, Pb e Zn em uma larga faixa de concentrações. Estes experimentos de sorção e subsequente modelagem das isotermas para modelos estabelecidos demonstraram uma alta afinidade de sorção da maioria dos sorventes para metais (95 - 99,9%). Os materiais mais efetivos foram finos de carvão e o aguapé, com altos valores de coeficiente de distribuição (Kd >10^4 L Kg^-1), particularmente na sorção de Pb e Cu. Como segundo passo, os materiais foram testados quanto a capacidade de retenção de metais a partir de solos poluídos. Para este estudo foram selecionados a areia verde de fundição, os finos de carvão e biocarvões produzidos a partir das matérias-primas de aguapé, farelo de mamona e casca de coco verde. O solo poluído foi amostrado em três locais do depósito de Panela de Brejaúvas, local de mineração desativada da cidade de Adrianópolis - PR, Brasil. Depois de analisar as mudanças iniciais na remobilização de metais na mistura solo (90%) + material (10 %), as amostras foram submetidas a ciclos de secagem-molhagem (SM) para avaliar as mudanças na lixiviação ao longo do tempo (alguns meses). A eficiência do material na imobilização crescente de metais (Cu, Pb e Zn) foi monitorada por experimentos de batelada. Como resultado, foi encontrado que a melhor eficiência na imobilização de poluentes foi alcançada para os finos de carvão, independentemente do metal ou solo estudado. Para os outros materiais, encontrou-se que o efeito do material depende do tipo de solo ou contaminante. Como resultado ponderado da taxa de lixiviação do metal inicial nos solos, a capacidade de sorção das misturas aumentou devido à adição de um material com capacidade de sorção muito superior aos solos, e mudanças nas propriedades secundárias do solo talvez possam ser relevantes para a mobilização de metais, tais como pH e carbono orgânico dissolvido. Palavras-Chave: Biocarvão, remediação, coeficiente de distribuição, metais traço, solos contaminados, lixiviação.Abstract: Activities of mining and refining of metals can lead to severe soil pollution by particulate materials and slag. In this sense the management and study of contaminated or polluted areas makes it necessary for remedial action is taken. As an example, the exploitation of lead, in the city of Adrianópolis, that caused one of the worst episodes of heavy metal pollution in the state of Paraná, covering a wide area. One of the measures that may be taken to mitigate the impact of soil contamination/pollution is based on the addition of materials to promote the retention of the soil contaminant or dilution of its concentration. In this study, were studied as candidates for remediation non-toxic industrial by-products (rice husk ash, charcoal fines and green sand casting) and biochars produced from biomass of aquatic plants (water hyacinth), industrial waste (green shell coconut, crushed sugarcane and castor meal) and waste from brushwood, thinning and felling of planted forests (eucalyptus). As a first step, the materials were characterized and tested in the laboratory in order to select the most suitable material for the remediation of metal-polluted soils. The metal sorption capacity of materials was evaluated with the construction of sorption isotherms for Cd, Cu, Pb and Zn in a wide concentration range. These sorption experiments and subsequent fitting of the isotherm curves to established models demonstrated a high affinity sorption capacity of most sorbents for metals (from 95 to 99.9%). The most effective materials were charcoal fines and water hyacinth biochar with high values of distribution coefficient (Kd > 10^4 L kg^-1), particularly on the sorption of Pb and Cu. As a second step, the materials were tested for their capacity retention of metals in polluted soils. The materials selected for the study were: green sand casting, charcoal fines and biochars made from feedstocks of water hyacinth, castor meal and green shell coconut. The polluted soil was sampled in three locations of the deposit of Panela de Brejaúvas, place of disabled mining in the city of Adrianópolis, Paraná state, Brazil. After analyzing initial changes in metal remobilization in soil+material mixtures (material (10%) and soil (90%)), mixture samples were subjected to drying-wetting cycles (DW) to evaluate changes in metal leaching overtime (up to a few months). The efficiency of material in increasing metal immobilization (Cu, Pb and Zn) was monitored by batch leaching tests. As a result, it was found that the best efficiency in the immobilization of pollutants was achieved for the charcoal fines material, regardless the metal or soil studied. For other materials, it was found that the effect of materials depended on the type of soil and contaminant. As the weighted result of initial metal leaching rate in the soils, increase in the sorption capacity of the mixtures due to the addition of material with a much higher sorption capacity than that in soils, and changes in soil secondary properties that may be relevant for the mobilization of metals, such as pH and dissolved organic carbon. Keywords: Biochar, remediation, distribution coefficient, trace metals, soil contamination, leaching.123 f. : il., tabs.application/pdfDisponível em formato digitalQuímicaSolos - ContaminaçãoResiduos industriais - LixiviaçãoÁgua - Controle de qualidadeTesesSorção e dessorção de espécies metálicas em biocarvões e subprodutos industriais : implicações para seu uso na gestão de águas e solos contaminadosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - T - MARTA ELIANE DOUMER.pdfapplication/pdf3961807https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/45102/1/R%20-%20T%20-%20MARTA%20ELIANE%20DOUMER.pdf3ee891f3117e178cfbf3e545a667081cMD51open accessTEXTR - T - MARTA ELIANE DOUMER.pdf.txtExtracted Texttext/plain268059https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/45102/2/R%20-%20T%20-%20MARTA%20ELIANE%20DOUMER.pdf.txtb8104cceeae46ad6001dff9293f566dfMD52open accessTHUMBNAILR - T - MARTA ELIANE DOUMER.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1207https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/45102/3/R%20-%20T%20-%20MARTA%20ELIANE%20DOUMER.pdf.jpg07f627389b8c8c14dcb4d7eaeec585eeMD53open access1884/451022022-12-22 16:47:01.66open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/45102Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082022-12-22T19:47:01Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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