Adsorption of heavy metals from coal acid mine drainage by shrimp shell waste: Isotherm and continuous-flow studies

The main characteristics of coal acid mine drainage (AMD) are low pH and high concentrations of sulfate and different metallic ions. The objective of this research was to study the sorption equilibrium of the removal of metal ions and acids present in coal AMD using shrimp shell in natura (SS) as a biomaterial as well as the behavior of the continuous-flow removal process. The isotherms assays were carried out with synthetic solutions and natural AMD aiming to identify significant differences on metals ions removal by SS. Five isotherm models were studied. R2 values and error statistical functions studies showed that the Freundlich isotherm model was the most appropriate for fitting the experimental data with both synthetic solutions and natural AMD, indicating a metallic removal via a physisorption mechanism. The removal of metal ions in continuous descendent flow was up to 90% Fe and 88% Mn, and the pH increased from 3.49 to 6.77. The adsorption capacities of Fe and Mn resulted in 17.43 and 3.87 mg g−1 SS, respectively. Computing chemical modelling (Visual MINTEQ® software) indicated the sorption was a predominant mechanism on AMD remediation with SS, but with high pH-dependence. This study confirms the suitability of the proposed treatment and provides valuable information for designing a low-cost remediation process for AM

Aplication of the statistical experimental design to optimize mine-impacted water (MIW) remediation using schrimp-shell

Mine-impacted water (MIW) is one of the most serious mining problems and has a high negative impact on water resources and aquatic life. The main characteristics of MIW are a low pH (between 2 and 4) and high concentrations of SO42− and metal ions (Cd, Cu, Ni, Pb, Zn, Fe, Al, Cr, Mn, Mg, etc.), many of which are toxic to ecosystems and human life. Shrimp shell was selected as a MIW treatment agent because it is a low-cost metal-sorbent biopolymer with a high chitin content and contains calcium carbonate, an acid-neutralizing agent. To determine the best metal-removal conditions, a statistical study using statistical planning was carried out. Thus, the objective of this work was to identify the degree of influence and dependence of the shrimp-shell content for the removal of Fe, Al, Mn, Co, and Ni from MIW. In this study, a central composite rotational experimental design (CCRD) with a quadruplicate at the midpoint (22) was used to evaluate the joint influence of two formulation variables—agitation and the shrimp-shell content. The statistical results showed the significant influence (p < 0.05) of the agitation variable for Fe and Ni removal (linear and quadratic form, respectively) and of the shrimp-shell content variable for Mn (linear form), Al and Co (linear and quadratic form) removal. Analysis of variance (ANOVA) for Al, Co, and Ni removal showed that the model is valid at the 95% confidence interval and that no adjustment needed within the ranges evaluated of agitation (0–251.5 rpm) and shrimp-shell content (1.2–12.8 g L−1). The model required adjustments to the 90% and 75% confidence interval for Fe and Mn removal, respectively. In terms of efficiency in removing pollutants, it was possible to determine the best experimental values of the variables considered as 188 rpm and 9.36 g L−1 of shrimp-shell

Optimization of Fe and Mn Removal from Coal Acid Mine Drainage (AMD) with Waste Biomaterials: Statistical Modeling and Kinetic Study

The main characteristics of coal acid mine drainage (AMD) are a low pH and high concentrations of sulfate and diferent metallic ions. Response surface methodology using the central composite rotatable design (CCRD) model was used to optimize the parameters for AMD remediation with aquaculture farming waste [shrimp shell (SS) and mussel byssus (MB)]. SS was chosen due to its high chitin (a metal sorbent) and calcium carbonate (an acidity neutralizing agent) content, and MB because of its potential synergistic efect for the treatment. The coefcient of determination and standard error results from the analysis of variance have shown the model to be adequate. The predicted values were in good agreement with the experimental values. The best experimental conditions established from the statistical study were 136 rpm, 11.46 g L−1 SS and 71.6 g L−1 MB. CCRD can efciently be applied for modeling the AMD remediation with biomaterials and is an economical way of obtaining the maximum amount of information in a short period of time with the fewest number of experiments. Additionally, fve kinetic models, i.e., pseudo-frst-order, pseudo-second-order, intraparticle difusion, Bangham and Elovich equation, were tested to investigate the adsorption mechanisms. The kinetic studies revealed that a 200 min contact time is sufcient to transform AMD into water suitable for non-potable reuse. The pseudo-second-order model provided the best ftting of the experimental data, indicating a chemical adsorption mechanism. This research shows the suitability of the proposed treatment, and the information is valuable for designing a low-cost remediation process for AM

Chitin as a substrate for the biostimulation of sulfate-reducing bacteria in the treatment of mine-impacted water (MIW)

This study aims to know the basis of sulfate-reducing bacteria (SRB) and chitin source relationship for the development of a biotreatment system for mine-impacted water (MIW). The MIW consists of river water impacted by coal acid mine drainage (AMD), an extremely acid effluent, rich in sulfate and dissolved metal ions, with a high pollutant potential. Chitin was used as metal ion sorbent and biostimulant of SRB, whose anaerobic dissimilatory metabolism reduces sulfate to sulfide. Microcosms were built in an oxygen-free atmosphere using chitin from two different sources: commercial chitin and shrimp shell waste, which contains calcium carbonate, an acidity removal agent, in addition to chitin. The results indicate that the shrimp shell performs best in removing sulfate (99.75%), iron (99.04%), aluminum (98.47%), and manganese (100%) ions. The iron ion sorption kinetics of the sediments were also studied; pseudo-second order behavior was observed. Highthroughput sequencing analysis revealed the present bacterial community and its abundance in the microcosms after 11 and 30 treatment days: SRB were detected but were not the majority. Thus, this research aims to contribute to the sustainable treatment MIW through the employment of an abundant and low-cost biomateria

Avaliação do processo de eletrocoagulação no tratamento de efluentes têxteis

Devido, muitas vezes, à ineficiência dos processos de tratamento convencionais de efluentes têxteis utilizados pelas indústrias, a eletrocoagulação (EC) surge como alternativa. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo encontrar a melhor configuração de um reator eletroquímico, por meio de um planejamento fatorial 2³, tendo como respostas a remoção de cor e de compostos aromáticos. Para isso, foram realizados ensaios em reator de bancada com capacidade de 1,1 L, e eletrodos de alumínio conectados a uma fonte de corrente contínua com variação de 0-10A e 0-30V. As melhores eficiências foram alcançadas em pH 3, distância entre as placas de 3 cm e densidade de corrente de 200 A.m-2. Em 15 minutos de tratamento atingiu-se remoção de 92%, 82%, 82% e 64% para os parâmetros cor, compostos aromáticos, turbidez e carbono orgânico dissolvido (COD), respectivamente

Estimativa dos custos de operação de um biorreator a membrana

O presente trabalho consistiu na aplicação da metodologia de avaliação de custo de ciclo de vida para estimar os custos de operação de um biorreator a membrana hipotético projetado para ser implementado em Santa Catarina/Brasil, visando à produção de água de reúso. Foram levantados dados de custo referentes à aquisição e troca de membranas, consumo energético, disposição final de lodo e funcionários para um biorreator a membrana dimensionado para tratar 6.060 m³d-1 (50.000 hab). Foram estimados valores equivalentes a R$0,63/m³ ou R$2,10 por kg de DBO removida, os quais vão ao encontro de outros estudos realizados abordando custos de biorreatores a membrana. O sistema proposto se apresentou competitivo para produzir água de reúso, apresentando custo de tratamento (R$/m³) inferior ao valor cobrado pela água potável

Avaliação do tratamento de efluente têxtil integrado com drenagem ácida de minas pelo processo foto-Fenton

O carreamento para corpos hídricos de efluentes ácidos contendo compostos oxidados de ferro e enxofre, oriundos da mineração de carvão, constitui a drenagem ácida de minas (DAM) que leva à degradação da qualidade da água. Trabalhos recentes mostram possibilidades no tratamento conjunto de DAM com outros efluentes, devido à capacidade coagulante da mistura. O objetivo deste trabalho foi avaliar o tratamento integrado de DAM e efluente têxtil seguido por processo oxidativo avançado foto-Fenton, utilizando o próprio ferro presente na DAM para o processo de oxidação. Verificou-se que a proporção de mistura em que houve efeito de coagulação foi de 13:7 (650 mL de DAM e 350 mL de efluente têxtil). O processo conjugado obteve eficiências de remoção de 99% para cor, 99% para turbidez, 91% para carbono orgânico dissolvido (COD), 95% para compostos aromáticos, 99% para sólidos totais e 83% para sólidos suspensos, mostrando ser efetivo no tratamento do efluente da indústria têxtil

Efeitos da eletrocoagulação na modificação das características de lodos ativados: aplicação em biorreatores a membrana

O presente trabalho buscou avaliar a aplicação do processo de eletrocoagulação na remoção de fósforo e no aumento da filtrabilidade do licor misto de reatores aeróbios com vistas à aplicação em biorreatores a membrana (BRM). Um planejamento fatorial 22 foi elaborado para a realização dos experimentos, nos quais foram avaliadas a aplicação de diferentes densidades de corrente (4,0, 7,0 e 10,0 A.m-2) e modos de exposição em minutos (6 ligado/6 desligado; 6 ligado/12 desligado; 6 ligado/18 desligado). Adicionalmente, foram realizados ensaios de respirometria a fim de avaliar os possíveis efeitos à atividade da biomassa. Foi verificado um aumento da filtrabilidade do licor misto e da remoção de P-PO4 -3 e produtos microbianos solúveis (PMS) na maioria das condições testadas. Não foram observados efeitos expressivos à atividade da biomassa sob a condição otimizada

Avaliação do processo UV/H2O2 no pós-tratamento de águas residuárias da indústria de papel e celulose

O segmento da produção industrial de papel e celulose é de grande relevância no desenvolvimento econômico e social do Brasil. Contudo, esse ramo de atividade também pode apresentar problemas de ordem ambiental, devido ao grande consumo de água e à geração de efluentes. Quando não tratados adequadamente, esses efluentes podem provocar impactos negativos e até mesmo danos irreparáveis. Dentre as técnicas mais promissoras voltadas ao tratamento de efluentes industriais, destacam-se os processos oxidativos avançados. O presente trabalho objetivou avaliar o desempenho do processo UV/H2O2 no pós-tratamento de efluentes de uma indústria de papel e celulose. Durante 120 minutos de irradiação UV, foram testadas seis concentrações de H2O2, que variaram entre 15 e 200 mg.L-1. Os resultados revelaram a efetividade do processo na remoção da DQO em 84% e da DBO5 em até 91%. A remoção de sólidos suspensos totais variou entre 80 e 100%. Para os sólidos totais, os índices de remoção ficaram ente 16 e 50%. O desempenho do processo UV/H2O2 foi influenciado pela disponibilidade de H2O2 e pelo tempo de irradiação UV