Desenvolvimento de nãotecido de acetato de celulose proveniente de bitucas de cigarro empregado para o pré-tratamento de água superficial

Abstract

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2022.A bituca de cigarro (BC) é um dos resíduos sólidos amplamente encontrados em áreas públicas no mundo. A BC apresenta potencial limitado de biodegradação, devido à alta concentração de acetato, o que o torna inerte ao processo de degradação microbiana, necessitando de muitos anos para a degradação. Ademais, durante o processo de fabricação do cigarro, são adicionados plastificantes e as fibras recebem alta compactação, dificultando o processo de desintegração. Esse rejeito é composto de fibra de acetato de celulose que é utilizado na produção de membranas, devido sua alta capacidade de filtração. Nesse sentido, o objetivo desse estudo foi avaliar a produção, caracterização e desempenho de um nãotecido (NW) desenvolvido a partir da fibra de acetato de celulose oriunda de BC e aplicado a um sistema de filtração no prétratamento de água superficial. Para isso, foi realizada a higienização das BC coletadas no meio ambiente e posteriormente verificada a presença e quantificação de diferentes metais pesados (Cu, Mn, Zn, Fe, Co, Cd e Pb). A seguir foram produzidas três amostras de NW, as mesmas foram caracterizadas (espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR),microscopia eletrônica de varredura, Energy Dispersive System gramatura, capacidade de absorção, análise estatística da capacidade de absorção, BET e permeabilidade do elemento filtrante). Posteriormente, o NW foi empregado como elemento filtrante para o pré-tratamento de água superficial de uma lagoa e foram avaliados na água bruta (AB) e na água filtrada (AF) os parâmetros clássicos de qualidade de água como turbidez, sólidos suspensos totais (SST), cor aparente, cor verdadeira e carbono orgânico total (COT) e metais pesados (Zn, Fe, Cu, Cd, Mn e Pb). Além disso, também foi avaliado a presença de nicotina e metais pesados na AF. Os resultados mostraram que o processo de higienização da BC promoveu uma remoção na ordem de 87,90%, 41,49% e 65,51% para Fe, Cu, e Zn respectivamente. Enquanto que Mn não foi detectado na amostra após a sanitização. A caracterização das diferentes amostras de NW mostraram uma gramatura com valores aproximados a 115g m-², e capacidade de absorção de 4,01 g g-¹ a 4,99 g g-¹ . Identificou-se que a amostra de NW confeccionada com resina contendo 10% de sólidos foi mais apropriada para a confecção do elemento filtrante. O elemento filtrante apresentou as seguintes características: 1,2 cm de espessura, 7 cm de diâmetro, 24 cm de altura, área superficial de 528 cm², volume total de 692 cm³, gramatura de 350 g m-² e permeabilidade entre 3787 L m-² h-¹ e 3422 L m-² h-¹. Em relação ao desempenho do NW como elemento filtrante, identificou-se uma remoção na ordem de 62,01%, 54,42%, 50,36%, 6,73% e 5,20% para turbidez, SST, cor aparente, cor verdadeira e COT, respectivamente. A remoção de metais da AF variou na ordem de 72,26%, 9,61% e 2,12% para Fe, Cd e Cu, respectivamente. Não foi identificado a presença de nicotina em ambas as amostras. A tecnologia desenvolvida mostrou potencial para remoção de poluentes presentes em águas superficiais, além de reduzir os impactos ambientais negativos causados pelas BC presentes no ambiente.Abstract: Cigarette butt (CB) is one of the solid waste widely found in public areas of the world. CB has limited biodegradation potential, due to the high concentration of acetate, which makes it inert to the microbial degradation process, requiring many years for degradation. Moreover, during the cigarette manufacturing process, plasticizers are added and the fibers receive high compaction, making the disintegration process difficult. This waste is composed of cellulose acetate fiber that is used in the production of membranes, due to its high filtration capacity. In this sense, the aim of this study was to evaluate the production, characterization and performance of a nonwoven (NW) developed from cellulose acetate fiber from CB and applied to a filtration system in the pre-treatment of surface water. For this, the CB collected in the environment was cleaned and subsequently verified the presence and quantification of different heavy metals (Cu, Mn, Zn, Fe, Co, Cd and Pb). Next, three different of NW samples were produced and a characterization of them was performed (fourier transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, energy dispersive system, grammage, absorption capacity, statistical analysis of absorption capacity, BET and permeability of the filter media). Subsequently, the NW was used as a filter media for the pre-treatment of surface water of a pond. The classic parameters of water quality such as turbidity, total suspended solids (SST), apparent color, true color and total organic carbon (TOC) and heavy metals (Zn, Fe, Cu, Cd, Mn and Pb) were evaluated in the raw water (RW) and in the filtered water (FW). In addition, the presence of nicotine and heavy metals in FW was also evaluated. The results showed that the CB sanitization process promoted a removal in the order of 87.90%, 41.49% and 65.51% for Fe, Cu, and Zn, respectively. While, Mn was not detected in the sample after sanitization. The characterization of the different samples of NW showed a weight with approximate values of 115g m-² and absorption capacity of 4.01 g g-¹ to 4.99 g g-¹. It was identified that the NW sample made with resin containing 10% solids was more appropriate for making the filter media. The filter media had the following characteristics: 1.2 cm thick, 7 cm in diameter, 24 cm in height, surface area of 528 cm², total volume of 692 cm³, grammage of 350 g m-² and permeability between 3787 L m-² h-¹ and 3422 L m-² h-¹. In relation to performance of the NW as a filtering media, a removal of 62.01%, 54.42%, 50.36%, 6.73% and 5.20% was identified for turbidity, SST, apparent color, true color and TOC, respectively. The removal of metals from FW varied in the order of 72.26%, 9.61% and 2.12% for Fe, Cd and Cu, respectively. The presence of nicotine was not identified in both samples. The technology developed showed potential for removing pollutants present in surface waters, in addition to reducing the negative environmental impacts caused by CB present in the environment