Removal of cylindrospermopsin by adsorption on granular activated carbon, selection of carbons and estimated fixedbed breakthrough
| Autor: | Antonieti, Caio César |
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| Přispěvatelé: | Ginoris, Yovanka Pérez |
| Jazyk: | portugalština |
| Rok vydání: | 2022 |
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| Zdroj: | Repositório Institucional da UnB Universidade de Brasília (UnB) instacron:UNB |
| Popis: | Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2022. 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. Climate change and the increase in the availability of nutrients in aquatic environments have increased the occurrence of cyanobacterial blooms which can produce cyanotoxins such as cylindrospermopsin (CYN). Carbon adsorption have been proved to be efficient for cyanotoxins removal. In the present study, two granular activated carbons from different raw materials of origin were evaluated and the carbon with the highest adsorption capacity to cylindrospermop. For this carbon was estimated the operating time of a full-scale granular activated carbon column under different empty bed contact times and influent concentration of the toxin. The fixed-bed breakthrough was estimated using the Homogeneous Surface Diffusion Model. The parameters for applying the model were obtained through adsorption equilibrium tests and short bed adsorber tests. Wood carbon showed greater capacity to remove cylindrospermopsin. When the adsorption kinetics was studied, for both carbons, it was verified that the adsorptive process reaches equilibrium after 12 hours, the best fit of the experimental data to the pseudo second order model was also obtained, where the pseudo second order rate constant for wood charcoal was 0.3478 g/(mg.min). The experimental equilibrium data best fitted Langmuir isotherm model, in which wood carbon had a maximum adsorption capacity of 3.67 μg/mg and Langmuir adsorption constant of 0.2791 L/μg. The methodology produced satisfactory results where the HSDM simulated the fixedbed breakthrough with a coefficient of determination of 0.89, to the film diffusion coefficient (Kf) of 9x10−6 m/s and surface diffusion coefficient (Ds) of 3x10−16m²/s. It was observed that the increase in empty bed contact time promotes a reduction in the carbon use rate. When evaluating the scenarios with occurrences of cylinsrospermopsin in concentrations with the highest occurrence in the supply sources (up to 15µg/L), it was observed that changes in the influent concentration of the toxin have a great impact on the column's operating time. It was verified that wood carbon allows the column to be operated for a period longer than six months until it is necessary to replace or regenerate it, which indicates the feasibility of using granular activated carbon adsorber columns for water treatment containing cylindrospermopsin dissolved. |
| Databáze: | OpenAIRE |
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