remoção de metais de águas superficiais usando carvão

REMOÇÃO DE METAIS DE ÁGUAS SUPERFICIAIS USANDO CARVÃO
VEGETAL DE AÇAI (EUTERPE OLERACEA MART)
Simone de Fátima Pinheiro Pereira1, Antônio Eder Santos Maciel2, Davis Castro dos Santos3, Erica
Karine Lourenço Mares4, Geiso Rafael Oliveira5, Jessica Amaral Bittencourt6, Johny da Silva Oliveira7
Abstract - Several alternatives have been proposed in order
to minimize the harmful effects that the disposal of metals in
Amazon rivers. The objective of this work was to study the
use of acai (Euterpe Oleracea Mart.) to remove metals in
surface Waters. Samples were collected from 19 sampling
stations in the rivers Guama, Barcarena and Guajará Bay.
The acai charcoal was prepared and used in the removal of
metals using a low cost filter. The river water quality was
performed using multiparameter probes and ICPOES in the
analysis of metals. The results for water quality showed that
the rivers assessed retain characteristics of preserved rivers
with all parameters (average) in accordance with the 357/05
CONAMA Resolution. The use of acai coal showed variation
from 41.67% to 67.46% in metals removal from water
surface and can be an inexpensive alternative for use in low
cost filters.
Palavras-Chaves – Aproveitamento de resíduo, qualidade da
água, comunidades ribeirinhas, Amazônia
INTRODUÇÃO
A explosão populacional, a rápida e desordenada
urbanização, a expansão industrial e tecnológica, a utilização
da geração energia a partir de resíduos, a inadequada
deposição do lixo doméstico e industrial, a falta de
tratamento de efluentes industriais e falta de obediência das
leis ambientais tornaram muitas águas insalubres e perigosas
para o homem e meio ambiente. Pouco ou nenhuma atitude
dos órgãos públicos tem sido observada no sentido de coibir
ou orientar as indústrias quanto ao lançamento inadequado
de efluentes causando contaminação ambiental nos recursos
hídricos de grandes centros metropolitanos (AMUDA &
IBRAHIM, 2006).
O rápido crescimento da demanda de bens de
consumo como os produtos que tem em sua composição o
alumínio, tem impulsionado um aumento exponencial da
atividade industrial, que é acompanhada de um aumento na
1
quantidade de resíduos industriais sendo descarregados no
meio ambiente.
Os metais pesados entram no ambiente aquático de
forma natural (deposição atmosférica, erosão e os processos
intempéries que atingem a matriz geológica), ou a partir de
fontes antropogênicas (efluentes industriais, mineração e
eliminação de resíduos diversos) (EL BOURAIE et al.,
2010). A intoxicação de seres humanos por poluentes
orgânicos e inorgânicos, associados a sistemas aquáticos,
ocorre principalmente devido ao consumo de água e pescado
contaminado; este último é capaz de concentrar os metais
pesados em até 105 vezes as concentrações observadas no
meio ambiente (CHEEVAPORN et al., 1995).
Os efluentes lançados indiscriminadamente nos rios
da região metropolitana de Belém, principalmente na área do
rio Barcarena, proveniente do polo industrial de Barcarena
tem causado o aumento dos metais nos rios próximos a
capital e há a preocupação que estes metais estejam se
distribuindo no rio Guamá e baia do Guajará. É do rio
Guamá que a COSANPA retira a água de consumo para a
população de Belém.
Alguns trabalhos mostram o aporte de metais pesados
em rios da Amazônia, causados por constantes vazamentos
oriundos das indústrias, como cádmio, mercúrio, chumbo,
cobre, níquel, zinco e cromo, com risco significativo a água,
solo e saúde humana (PEREIRA et al., 2007). Também a
população ribeirinha, principalmente aquela que mora nas
ilhas de Trambioca, das Onças, Combu e outras ilhas,
consome, muitas vezes in natura a água destes rios.
Os metais pesados podem causar problemas de saúde
as populações que consomem a água do rio para diversas
finalidades (BAILEY et al., 1999; NOMANBHAY &
PALANISAMY, 2005). Assim é necessário pensar em uma
alternativa de remoção de metais da água do rio que seja
barata e que possa ser utilizada pela população pobre da
região.
Prof. Dra. Simone de Fátima Pinheiro Pereira - Universidade Federal do Pará - Laboratório de Química Analítica e Ambiental - LAQUANAM [email protected]
2
Antônio Eder Santos Maciel - Universidade Federal do Pará - Laboratório de Química Analítica e Ambiental - LAQUANAM [email protected]
3
Prof. Msc. Davis Castro dos Santos - Universidade Federal do Pará - Laboratório de Química Analítica e Ambiental - LAQUANAM [email protected]
4
Erica Karine Lourenço Mares - Universidade Federal do Pará - Laboratório de Química Analítica e Ambiental - LAQUANAM [email protected]
5
Prof. Msc. Geiso Rafael Oliveira - Universidade Federal do Pará - Laboratório de Química Analítica e Ambiental - LAQUANAM - [email protected]
6
Jessica Amaral Bittencourt - Universidade Federal do Pará - Laboratório de Química Analítica e Ambiental - LAQUANAM - [email protected]
7
Prof. Msc Johny da Silva Oliveira - Instituto Federal de Educação - Campus Marabá - Laboratório de Química Analítica e Ambiental – LAQUANAM [email protected]
DOI 10.14684/INTERTECH.13.2014.397-401
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O açaizeiro faz parte da vida do ribeirinho que habita
as várzeas do estuário amazônico e é de grande importância
seja devido à ocorrência natural na área, como pelo interesse
econômico e social de seus produtos. Quando queimado, o
caroço é utilizado como um potente repelente de insetos. O
fruto do açaizeiro (Euterpe oleracea mart) (Figura 1) é uma
palmeira constituída pelo unicaule, que produz vários
perfilhos, formando touceiras. Esses perfilhos são manejados
para exploração do palmito, ao longo da vida útil da
palmeira.
inulina é rico em lipídios. Um pericarpo fibroso, rico em
sílica e um endocarpo pouco lenhoso (ROGÉZ, 2000).
Este trabalho aborda uma alternativa de tratamento de água
de rio, tendo em vista a remoção dos metais, utilizando o
carvão de açaí com a finalidade de conservação de recursos
hídricos e do meio ambiente.
METODOLOGIA
A coleta das amostras de água superficial foi
realizada com auxílio de um barco da Polícia Fluvial
(SEGUP-PA) nas águas dos rios do entorno do polo próximo
à cidade de Barcarena (área de descarga de efluente
industrial) e próximo a Belém (área de descarga de efluente
doméstico) (Figura 2). Para o desenvolvimento do trabalho
foi realizada a pesquisa de campo e o trabalho laboratorial.
Para a pesquisa de campo foram selecionados 3 rios da
região sendo dois da região metropolitana de Belém (Rio
Guamá e Baia do Guajará) e um da região metropolitana de
Barcarena (Rio Barcarena) onde os efluentes oriundos das
industrias acabam se distribuindo.
FIGURA 1
AÇAIZEIRO TÍPICO DA REGIÃO DAS ILHAS PRÓXIMAS A
BELÉM
FONTE: ACERVO LAQUANAM, 2012.
Para Jimenez et al. (2004), a utilização de resíduos de
frutas como cascas (mesocarpo), bagaços (endocarpo) e
sementes, com a capacidade de acumular óleos, metais
pesados são utilizados como biossorventes, haja vista que a
floresta amazônica é possuidora de uma grande variedades
de espécies frutíferas, o que pode de diminuir os custos do
processo de produção desses adsorventes naturais,
facilitando sua produção em escala industrial.
Barcarena é o terceiro município com a maior
produção de açaí do estado do Pará (REIS et al., 2002),
devido a grande abundância do fruto, principalmente nas
ilhas da região, o açaí se constitui um alimento importante
junto a população ribeirinha e o seu caroço, depois do uso é
descartado pela população, servindo inclusive de aterro para
os locais de várzea. Segundo (ROGÉZ, 2000), o fruto do
açaí é arredondado de 1 a 2 cm de diâmetro e um peso médio
de 0,8 a 2,3g seu epicarpo é de cor violáceo - púrpura quase
negro e muito fino. O mesocarpo também é bastante fino,
tem apenas 1 a 2mm de espessura. O epicarpo e o mesocarpo
constituem a parte comestível do fruto.
O caroço constitui 83% do fruto e é formado por um
pequeno endosperma sólido ligado a um tegumento que na
maturidade é rico em celulose, hemecelulose e cristais de
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FIGURA 2
PONTOS DE COLETA DE AMOSTRA DE ÁGUAS SUPERFICIAIS.
FONTE: GOOGLE EARTH, 2013 E IBGE, 2012.
As coletas das amostras de rio foram realizadas no
mês de Dezembro com o auxílio de uma garrafa de coleta
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tipo Van Dorn. Os locais de amostragem foram
georeferenciados através de um GPS (global positioning
system).
Para a análise dos parâmetros físico-químicos (T,
OD, turbidez, pH, salinidade, condutividade, Cl-, NO3-,
Clorofila a , NH3 , NH4+) foi utilizada a sonda
multiparâmetros YSI 6600 e a análise foi realizada no
campo. Para a análise dos metais (Al, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb e
Zn) foram utilizados frascos de polietileno previamente
descontaminados com ácido nítrico 10 % por 48 horas,
sendo estes lavados com água destilada e água ultrapura, e
no local da coleta com a própria amostra.
Foram coletadas amostras de 19 estações amostrais,
de cada estação foram coletadas três amostras, em três
profundidades (superfície, intermediária e fundo),
totalizando 57 amostras. Todas as amostras para a análise
dos metais foram acondicionadas a 4 °C, e acidificada até
pH < 2 com ácido nítrico concentrado (cerca de 1 mL para
500 mL de amostra) após filtragem. O tratamento das
amostras foi realizado no LAQUANAM, as amostras foram
pré-filtradas e filtradas em membranas tipo GFF (millipore
0,45 m), para posterior análises dos elementos químicos em
triplicata por ICPOES.
A produção do carvão ativado de caroço de açaí foi
feita em duas etapas: carbonização e ativação. A
carbonização consistiu no tratamento térmico do precursor
em atmosfera inerte à temperatura em torno de 400 ºC. Nesta
etapa, componentes voláteis do precursor (CO, H2, CO2 e
CH4) foram removidos, resultando em um material
homogêneo com alto teor de carbono e baixa porosidade. Na
fase inicial da carbonização ocorreu a secagem do material
em torno de 170 ºC. Acima desta temperatura, iniciou-se a
degradação parcial das substâncias da matéria prima, com
evolução de monóxido de carbono, dióxido de carbono e
outros gases (SMÍSEK e CERNÝ, 1970).
Essa é a primeira fase de ativação, onde há a
formação de novos poros. Acima de 270 ºC ocorreu à
decomposição exotérmica e a formação de alcatrão. A
ativação, processo seguinte à pirólise, consistiu em submeter
o material carbonizado a reações secundárias, que resultaram
em aumento significativo da porosidade e da área superficial
específica do carvão, pois a superfície dos cristalitos
elementares torna-se exposta à ação do agente de ativação.
(HSU & TENG, 2000).
Na fase seguinte, ocorreu o alargamento dos poros já
existentes ou a formação de poros de maior tamanho devido
à combustão completa de paredes existentes entre
microporos adjacentes. Nesta etapa, ocorreu um aumento no
volume de meso e microporos (JANKOWSKA et al., 1991).
Na ativação química do carvão, a matéria-prima foi
previamente impregnada com uma solução concentrada de
HNO3 (agente ativante) à temperatura elevada, e em seguida
foi feita a carbonização. Os carvões ativados de açaí após
sua produção foram pesados e suas medidas comparadas
com valores estimados (Figura 3).
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FIGURA 3
CARVÃO ATIVADO DE AÇAÍ.
Na produção do carvão de açaí artesanal foi usado 5
kg de açaí seco ao sol, submetidos a aquecimento em
bandeja de metal aquecida em churrasqueira (matérias
normalmente encontrados nas residências dos ribeirinhos),
até sua completa redução a carvão (Figura 4). Após sua
redução a carvão o açaí foi submetido à trituração e
peneiração para a homogeneização da granulometria do
material.
FIGURA 4
CARVÃO DE AÇAÍ PREPARADO ARTESANALMENTE EM
ESTADO BRUTO
FONTE: ACERVO LAQUANAM, 2012.
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A próxima etapa foi à fase de aplicação do carvão em
soluções de água de rio. Foi adotado o procedimento a
seguir. Pesados exatamente 1,0 g do carvão de vários tipos
em 20 mL de amostra. Os contatos adsorvente/adsorbato em
batelada foram realizados em mesa agitadora tendo sendo
colocadas em frascos tampados. A mistura foi colocada em
mesa agitadora à temperatura ambiente (30°C) e sob pressão
atmosférica (1 atm). As determinações das concentrações
finais dos metais, após 2 horas de contato entre o material
adsorvente e a solução contendo o adsorbato foram
realizadas, por espectrotometria de emissão ótica com
plasma indutivamente acoplado (ICP-OES). Por último foi
feita a análise estatística para avaliação dos dados gerados
com o auxílio de programas estatísticos.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Antes da discussão dos resultados foi realizado o
teste de hipóteses com o objetivo de avaliar os resultados
significativos e eliminar os resultados considerados
anômalos. Observando a distribuição de frequência as
concentrações que se apresentavam fora da gaussiana foram
avaliadas segundo a aplicação do teste Q (teste de Dixon)
(VERMA & QUIROZ-RUIZ, 2006). A partir do resultado
do teste Q os resultados que apresentaram Qcalculado menor
que o Qcritico foram considerados não anômalos e foram
mantidos. Neste caso todos os resultados foram considerados
válidos.
A estatística descritivas dos resultados dos
parâmetros físico-químicos e dos metais avaliados na água
superficial dos rios avaliados está mostrada na Tabela 1.
De maneira geral todos os parâmetros avaliados
mostraram que as águas dos rios avaliados estão dentro dos
padrões de qualidade exigidos pela resolução 357/05 do
CONAMA. Somente dois parâmetros, turbidez (com uma
amostra não conforme) e alumínio (com duas amostras não
conforme), mostraram que as águas dos rios avaliados não
representam um risco potencial quanto à presença de metais
pesados avaliados e que pelo uso dos filtros com os carvões
a água superficial poderá ser usada pela população ribeirinha
usando processos simplificados de tratamento como o que
utiliza o hipoclorito para a desinfecção das águas e remoção
de sólidos sedimentáveis por filtração lenta usando carvões e
outros materiais.
Os resultados encontrados neste trabalho foram
comparados com os resultados obtidos para outros rios da
região e confirmam que as águas dos rios Barcarena, Guamá
e baia do Guajará, embora recebam efluentes das indústrias
do polo e efluentes domésticos, apresentam boa qualidade
quanto aos parâmetros avaliados e, portanto os efluentes
lançados diariamente pelas fábricas e efluentes domésticos
lançados sem tratamento nos rios estão sendo diluídos não
representando por enquanto risco iminente a população.
A matriz dos resultados dos metais foi refeita levando
em consideração apenas as amostras com resultados
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representativos, já que alguns metais e algumas amostras
apresentaram resultados abaixo do limite de detecção e que,
portanto não haveria como demonstrar que houve a redução
dos metais após a aplicação dos carvões.
Na tabela 2 são apresentados os resultados da análise
dos metais (Al, Cr e Zn) após adição do carvão de açaí
quimicamente ativado.
Tabela 1. Estatística descritiva para os resultados analíticos
da água dos rios avaliados (N=19)
TBD
COND.
CLF. a
Estatística T oC
pH
(UNT)
(S/cm) (μg/L)
RC
6,0 a
<100
<30
357/05
9,0
Média
27,87
34,13
6,65
29,74
3,87
Mediana
27,66
27,70
6,36
25,00
3,80
Desvio
0,59
25,79
0,45
8,50
0,57
padrão
Mínimo
27,15
16,90
6,21
20,00
3,00
Máximo
28,81
121,10 7,34
41,00
5,30
(mg/L)
Estatística SAL.
ClNO3- OD
NH3
RC
<250
<10
>5
357/05
Média
0,0132 100,42 0,042 7,33
0,0002
Mediana
0,0100 75,50
0,042 7,20
<LD
Desvio
0,0048 62,06
0,004 0,87
0,0004
padrão
Mínimo
0,0100 27,84
0,035 5,87
<LD
Máximo
0,0200 196,00 0,048 8,45
0,0010
Contagem 19
19
19
19
19
(mg/L)
Estatística NH4*
Al
Cr
Cu
Hg
RC
0,100
0,050 0,009
0,0002
357/05
Média
0,031
0,056
0,007 <LD
<LD
Mediana
0,033
0,042
0,001 <LD
<LD
Desvio
0,008
0,064
0,011 0,001
<LD
padrão
Mínimo
0,023
<LD
<LD <LD
<LD
Máximo
0,048
0,229
0,043 0,004
<LD
(mg/L)
Estatística Ni
Pb
Zn
RC
0,025
0,010
0,180
357/05
Média
<LD
0,001
0,028
Mediana
<LD
<LD
0,005
Desvio
<LD
0,002
0,044
padrão
Mínimo
<LD
<LD
<LD
Máximo
<LD
0,010
0,126
RC= Resolução do CONAMA; T=Temperatura; TBD=
Turbidez; OD=Oxigênio Dissolvido; SAL.= Salinidade;
COND.=Condutividade; CLF.=Clorofila.
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Após adição os metais apresentaram redução que
variou de 41,67 % a 67,46%. Os melhores rendimentos
foram observados para o elemento alumínio provavelmente
devido condições favoráveis de adsorção nos carvões para
este elemento nas águas de rio.
Os menores rendimentos foram observados para o
elemento cromo, devido o mesmo apresentar baixas
concentrações na água analisada, após a aplicação dos
carvões algumas amostras não apresentaram resultados
válidos ficando abaixo do limite de detecção do aparelho o
que pode ter influenciado nos resultados.
Tabela 2. Análise dos metais após à aplicação do carvão de
açaí ativado quimicamente nas amostras de água de rio
Amostra
BA01
BA04
BA05
BA06
BA10
BA13
Média
Rendimento (%)
Al (mg/L)a
0,073
0,184
0,098
0,088
0,082
0,229
0,126
-
Al (mg/L)b
0,047
0,127
0,071
0,055
0,045
0,163
0,085
67,46
Cr (mg/L)a
0,010
0,043
0,001
0,002
0,016
0,001
0,012
-
Amostra
Cr (mg/L)b
Zn (mg/L)a
Zn (mg/L)b
BA01
0,004
0,010
0,005
BA04
0,016
0,126
0,078
BA05
<LD
0,096
0,067
BA06
<LD
0,012
0,009
BA10
0,008
0,057
0,039
BA13
<LD
0,094
0,057
Média
0,005
0,066
0,043
Rendimento (%)
41,67
65,15
a
metais na água sem a aplicação do carvão de açaí; b metais
na água com a aplicação do carvão de açaí.
CONCLUSÃO
As ativações dos carvões apresentaram valores bem
próximos dos estimados para outros carvões encontrados na
literatura, significando que, quando foram adicionados nas
amostras os metais, apresentaram uma boa atividade
adsorvente. Destaca-se que o carvão ativado é uma solução
para remoção de metais pesados em água de rios
contaminados. Tendo em vista que os metais pesados podem
causar doenças como o câncer nos seres humanos, sua
remoção dos efluentes industriais, usando um resíduo do
consumo popular como o caroço de açaí e outros tipos de
resíduos diariamente produzidos e que após seu consumo é
descartado no meio ambiente, representa ao mesmo tempo
uma vantagem ambiental e de saúde e uma economia para as
comunidades que podem optar por produzir os carvões dos
resíduos hoje descartados dispensando o gasto com materiais
de tratamento da água. Pelo fato do carvão ser produzido a
partir do mesocarpo do fruto, não acarreta danos ao meio
ambiente, sendo um método eficiente e ecologicamente
correto.
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AGRADECIMENTO
Os autores agradecem ao CNPq pela bolsa dos alunos
Antônio Eder Santos Maciel e Jessica Amaral Bittencourt.
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