Remoção do fungicida carbendazim por adsorção em carvão ativado granular

Abstract

O estudo investigou a adsorção do fungicida Carbendazim (CBZ) em Carvão Ativado Granular (CAG) através de ensaios em batelada e em fluxo contínuo usando o método de Ensaios Rápidos em Colunas de Escala Reduzida (ERCER). Os ensaios foram realizados em meios contendo água deionizada somente e com adição de matéria orgânica, além de água pós-filtração de uma Estação de Tratamento de Água (ETA) de Porto Alegre. Foram analisados quais modelos de isoterma e cinética melhor se ajustaram à adsorção do fungicida. Foi realizado um estudo da termodinâmica do CBZ em água deionizada. Ensaios ERCER simularam a operação e remoção de CBZ em uma coluna com CAG. Nos testes foram obtidos os tempos de ruptura, saturação, taxa de transferência específica (TTE) e taxa de utilização do carvão (TUC) nas três matrizes aquosas testadas. Os resultados indicaram que a isoterma de Freundlich foi a que melhor se ajustou à adsorção do CBZ em CAG. A maioria dos experimentos mostrou que a adsorção do composto foi favorável. A remoção do fungicida é caracterizada como um processo exotérmico, espontâneo, com predominância da fisiossorção e a presença de interações dipolo-dipolo entre a superfície do CAG e o CBZ. Quanto à cinética, o modelo de pseudo-segunda ordem foi o que melhor se ajustou na adsorção do CBZ, independente das condições experimentais aplicadas e do meio no qual o CBZ estava dissolvido. A difusão intrapartícula influenciou mais na adsorção do CBZ em água da ETA. Quanto aos ERCER, o tempo de ruptura foi maior para os experimentos em AD. Não houve diferença significativa entre os pontos de saturação obtidos para este meio e nos demais. Os valores de TUC e TTE mostraram que a coluna com CBZ dissolvido somente em AD apresentou maior eficiência do que nas outras matrizes. De forma geral, a MON na forma de ácido húmico e as substâncias presentes na água filtrada da ETA impactaram no tempo de ruptura na coluna de CAG mas a interferência não foi significativa nos tempos de saturação. Analisando a competição do CBZ pelos sítios adsortivos do CAG com as substâncias presentes na água filtrada da ETA e com a matéria orgânica, observou-se que essa competição foi mais evidenciada nos estudos de isoterma e cinética, em que há a mudanças de valores dos parâmetros obtidos. A competição pelos sítios adsortivos do CAG é controlada principalmente pela distribuição dos tamanhos dos poros, uma vez que a matéria orgânica pode ocupar os macros e mesoporos do CAG, impedindo o acesso do CBZ aos microporos do adsorvente. As interações eletrostáticas entre a matéria orgânica e o carvão ativado também podem ter interferido na adsorção do CBZ, devido às características do CAG e dos compostos nas condições experimentais aplicadas. Para os experimentos utilizando o ERCER, a competição pelos sítios adsortivos do CAG não foi considerada significativa e há indícios de que a MON possa ter melhorado a eficiência do CAG. O estudo do fouling mostrou que a MON não impactou significativamente a curva de ruptura do CBZ.

The study investigated the adsorption of the fungicide Carbendazim (CBZ) on Granular Activated Carbon (GAC) through batch and continuous flow tests using Rapid SmallScale Column Tests (RSSCT). The experimental tests were made using media containing only deionized water and with the addition of organic matter, as well as postfiltration water from a Water Treatment Plant (WTP). The study analyzed which isotherm and kinetic models best fitted the adsorption of the fungicide. A study of the thermodynamics of CBZ in deionized water was also conducted. RSSCT tests simulated the operation and removal of CBZ in a column with GAC. It was possible to estimate the breakthrough time, saturation time, specific transfer rate (STR), and carbon utilization rate (CUR) in the three aqueous matrices tested. The results indicated that the Freundlich isotherm best fitted the adsorption of CBZ on GAC. Most experiments showed that the compound's adsorption was favorable. The removal of the fungicide was characterized as an exothermic and spontaneous process, with a predominance of physisorption and the presence of dipole-dipole interactions between the surface of GAC and CBZ. Regarding kinetics, the pseudo-second-order model best fitted the adsorption of CBZ, regardless of the experimental conditions applied and the medium in which CBZ was dissolved. Intraparticle diffusion influenced CBZ adsorption more in FWTP water. As for RSSCTs, the breakthrough time was longer for experiments in post-filtration water. There was no significant difference between the saturation points obtained for this medium and the others. The CUR and STR values showed that the column with CBZ dissolved in post-filtration water presented greater efficiency than the other matrices. Overall, the NOM in the form of humic acid and substances present in filtered WTP water impacted the breakthrough time in the GAC column. However, the interference was not significant in saturation times. Analyzing the competition of CBZ for GAC adsorptive sites with substances present in filtered WTP water and organic matter, it was observed that this competition was more evident in isotherm and kinetic studies, where there was a change in the parameters' values. The distribution of pore sizes controls competition for GAC adsorptive sites since organic matter can occupy GAC's macros and mesopores, preventing CBZ access to the adsorbent's micropores. Electrostatic interactions between organic matter and activated carbon may also have interfered with CBZ adsorption due to the characteristics of GAC and the compounds in the applied experimental conditions. For the experiments using RSSCT, competition for GAC adsorption sites was not considered significant, and there are indications that NOM may have improved GAC efficiency. The fouling study showed that NOM did not significantly impact the CBZ breakthrough curve.