Adsorção de nitrogênio amoniacal de lixiviado de aterro sanitário em biocarvão de casca de laranja

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Lima, Larissa Firmino de, 1993-
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/70987
Resumo: Orientadora: Profa. Dra. Maria Cristina Borba Braga
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spelling Lima, Larissa Firmino de, 1993-Braga, Maria Cristina Borba, 1956-Barquilha, Carlos Eduardo RodriguesUniversidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental2021-06-07T19:19:04Z2021-06-07T19:19:04Z2020https://hdl.handle.net/1884/70987Orientadora: Profa. Dra. Maria Cristina Borba BragaCoorientador: Dr. Carlos Eduardo Rodrigues BarquilhaDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa : Curitiba, 05/10/2020Inclui referências: p.137-153Resumo: A disposição de resíduos sólidos urbanos em aterros sanitários resulta na geração de lixiviado, efluente com elevada concentração de nitrogênio amoniacal (N-NH4+). Uma alternativa para a remoção de N-NH4+ é a adsorção em biocarvão derivado de resíduos agroindustriais, como as cascas de laranja. Este estudo objetivou avaliar a adsorção de N-NH4+ em biocarvão de casca de laranja e a possibilidade do uso desse material como fertilizante nitrogenado. A biomassa foi pirolisada a 400°C (BC400) e a 600°C (BC600), por 1h. Os biocarvões foram ativados com HCl e KOH (1M, 3M, 5M e 7M), tendo sido caracterizados mediante análises de pH, pHPCZ, microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS), espectroscopia no infravermelho (FTIR) e espectroscopia Raman. Para o biocarvão com maior capacidade de adsorção, foram realizados estudos cinéticos, termodinâmicos e de efeito do pH da solução (NH4Cl). Os lixiviados foram caracterizados mediante determinação do pH e das concentrações de N-NH4+, DQO e metais. Foi realizado delineamento experimental inteiramente casualizado (DIC), utilizando o biocarvão após adsorção de N-NH4+, solo arenoso e mudas de rúcula (Eruca sativa). A aplicabilidade do biocarvão como fertilizante nitrogenado foi avaliada pela determinação de altura da planta, cor predominante, número de folhas, dimensões da maior folha e massa da planta. O BC400B_3M (400°C; 3M KOH) foi aquele que apresentou a maior capacidade de adsorção de N-NH4+ (q = 8,49 mg g-1) entre os biocarvões avaliados. Análises de EDS, Raman, FTIR e MEV indicaram que a temperatura de 400°C e a ativação com KOH 3M resultaram na abertura de poros parcialmente bloqueados e maior exposição e preservação dos grupos funcionais existentes. As maiores capacidades de adsorção foram obtidas em pHSOLUÇÃO > pHPCZ (8,20). Os modelos de pseudo-segunda ordem, Vermeulen e de Langmuir foram os que melhor descreveram os dados experimentais, com qmax de 9,19 mg g-1. Os parâmetros termodinâmicos indicaram adsorção endotérmica e espontânea, com afinidade entre o N-NH4+ e o biocarvão. Os resultados de todas as análises realizadas permitem concluir que a adsorção de N-NH4+ no BC400B_3M ocorre por meio de interações químicas (troca iônica, seguida por complexação). Os experimentos de adsorção de N-NH4+ de lixiviado no BC400B_3M, resultaram em qmax de 11,61 mg g-1 (lixiviado de aterro novo) e de 9,22 mg g-1 (lixiviado de aterro velho). Os resultados sugerem forte influência do pH inicial da solução e das interações entre N-NH4+ e os íons metálicos. A partir do experimento de retorno do biocarvão ao solo, foi possível concluir que a adsorção de N-NH4+ no BC400B_3M resultou em material com nitrogênio assimilável por plantas. Dos resultados produzidos foi possível deduzir que o BC400B_3M atua como fertilizante nitrogenado de liberação lenta. Assim, é possível concluir que o biocarvão de casca de laranja pode ser utilizado como adsorvente eficiente e de baixo custo para a remoção de N-NH4+ de soluções aquosas, inclusive lixiviado de aterro sanitário. Adicionalmente, o reaproveitamento do biocarvão saturado como fertilizante nitrogenado de liberação lenta mostra-se como alternativa promissora para o retorno do nitrogênio ao solo, conforme os preceitos da economia circular. Palavras-chave: Reaproveitamento de resíduos. Resíduos orgânicos. Casca de frutas. Biofertilizante. Inovação.Abstract: The disposal of household solid waste in landfills results in the production of leachate, wastewater that presents a high concentration of ammonia nitrogen (N-NH4+). An alternative for its removal is the adsorption on biochar derived from agro-industrial residues, such as orange peels. The main goals of this study were the evaluation of NNH4+ adsorption onto orange peel biochar and the investigation of the use of the resulting biosolid as a fertilizer. The biochars were pyrolyzed for 1h at 400°C (BC400) and 600°C (BC600), activated with HCl or KOH (1M, 3M, 5M, 7M), and characterized by the analyses of pH, pHPZC, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), Fourier-transform-infrared spectroscopy (FTIR), and Raman spectroscopy. The biochar that presented the highest adsorption capacity underwent kinetics, thermodynamics, and effect of the pH of the standard solution (NH4Cl) studies. The leachates were characterized through the determination of pH, N-NH4+, COD, and metal concentrations. A completely randomized experimental design (DIC) was carried out using the biochar after adsorption of N-NH4+, sandy soil, and rocket seedlings (Eruca sativa). The use of the biochar as a nitrogen fertilizer was evaluated by the determination of plant height, predominant color, number of leaves, dimensions of the largest leaf, and plant mass. The BC400B_3M (400°C; 3M KOH) produced the highest N-NH4+ uptake capacity (q = 8.49 mg g-1) among the evaluated biochars. Analyses of EDS, Raman, FTIR, and MEV indicated that the temperature of 400°C and the activation with KOH 3M resulted in the opening of partially blocked pores and preservation of the existing functional groups. The highest adsorption capacities were obtained in pHSOLUTION > pHPZC (8.20). The pseudo-second-order, Vermeulen, and Langmuir models were those that best described the experimental data (qmax of 9.19 mg g-1). Results produced by the thermodynamic characterization of the adsorption process indicated spontaneous and endothermic adsorption, and that there is an affinity between N-NH4+ and the biochar. It is possible to point out that the adsorption of N-NH4+ onto BC400B_3M occurs through chemical interactions (cation exchange, followed by complexation). The adsorption experiments of N-NH4+ onto BC400B_3M resulted in a qmax of 11.61 mg g-1 (leachate from a new landfill) and 9.22 mg g-1 (leachate from an old landfill). The results suggested a strong influence of both the initial pH of the solution and the interactions between N-NH4+ and metal ions. From the experimental application of biochar to soil, it is noteworthy that the adsorption of NNH4+ onto BC400B_3M resulted in a biosolid with assimilable nitrogen by plants. The results produced by the application of N-NH4+ on soil allow stressing that the BC400B_3M acts as a slow-releasing nitrogen fertilizer. Thus, it is possible to conclude that the biochar from orange peel can be used as an efficient and low-cost adsorbent for the removal of N-NH4+ from wastewater, including landfill leachate. Moreover, the orange peel biochar proved to be a promising alternative for the returning of nitrogen to the soil, which complies with the precepts of the circular economy. Keywords: Reuse of waste. Organic waste. Fruit peels. Biofertilizer. Innovation.1 arquivo (153 p.) : il.application/pdfReaproveitamento (Sobras, refugo, etc.)Residuos organicosBiocarvãoAdsorçãoRecursos HídricosAdsorção de nitrogênio amoniacal de lixiviado de aterro sanitário em biocarvão de casca de laranjainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - LARISSA FIRMINO DE LIMA.pdfapplication/pdf11074501https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/70987/1/R%20-%20D%20-%20LARISSA%20FIRMINO%20DE%20LIMA.pdf8e74984b209657f6b0b7b1e7e9f8b151MD51open access1884/709872021-06-07 16:19:04.679open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/70987Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082021-06-07T19:19:04Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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