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Mar 30, 2024

Recuperação e utilização de fósforo de águas residuais de frutas e vegetais

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 617 (2022) Citar este artigo 2305 Acessos 3 Citações 13 Detalhes das Métricas Altmétricas A descarga excessiva de fósforo nos corpos d'água é a chave

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 617 (2022) Citar este artigo

2305 Acessos

3 citações

13 Altmétrico

Detalhes das métricas

A descarga excessiva de fósforo nos corpos d'água é o fator chave para causar a eutrofização. As águas residuais de frutas e vegetais contêm grandes quantidades de fósforo e podem ser lançadas diretamente em corpos d'água, o que representa uma grande carga para a rede municipal de esgoto. Portanto, a coagulação foi utilizada para remover o fósforo, recuperou o fósforo das águas residuais no precipitado e, em seguida, o precipitado foi pirolisado como um adsorvente eficiente para a remoção de fosfato. Ao comparar os efeitos de adsorção de adsorventes (XT-300, XT-400 e XT-500) com temperaturas de pirólise de 300 °C, 400 °C e 500 °C em fosfato em águas residuais reais contendo fósforo e simuladas contendo fósforo águas residuais em diferentes dosagens de adsorvente (4 g/L, 7 g/L e 10 g/L), constatou-se que o XT-300 teve o melhor desempenho de adsorção, e a adsorção de fosfato foi endotérmica e obedeceu às isotermas de Langmuir e Cinética de Elovich. A influência do pH, dos ânions coexistentes e da estrutura do XT-300 revelou que a remoção do fosfato estava associada à atração eletrostática e ao preenchimento dos poros, mas não foi possível determinar se estava relacionada à precipitação superficial. Este estudo fornece uma forma e método para a recuperação e utilização de fósforo em águas residuais de frutas e vegetais e prova que o adsorvente sintético foi um adsorvente de fósforo eficiente. A longo prazo, podemos tentar usar o adsorvente após a adsorção de fósforo para promover o crescimento das plantas em sistemas agrícolas.

Uma elevada concentração de fósforo nas massas de água pode representar uma séria ameaça ao ecossistema aquático e à qualidade ambiental. A alta concentração de águas residuais contendo fósforo pode ser descartada no ambiente natural, ainda é um problema ambiental difícil em todo o mundo. Altas concentrações de fosfato podem piorar a qualidade dos ecossistemas aquáticos ao estimular o crescimento de organismos, principalmente algas, nos corpos d’água1,2,3. Também prejudica a flora e a fauna aquáticas e o bem-estar humano4,5,6. A eficiência de recuperação natural do fosfato é muito baixa porque o fosfato é temporariamente convertido em precipitação e depois novamente libertado na água7. Portanto, é imperativo explorar uma tecnologia eficiente para remoção e recuperação de fósforo. Muitas tecnologias foram usadas para recuperar o fósforo de águas residuais, como cristalização de estruvita8, sistema híbrido de membrana9, biossorção à base de algas10, precipitados de cálcio11 etc. levar a nova poluição12. O método biológico de remoção de fósforo é sensível aos parâmetros operacionais e a eficiência é instável13,14. Além disso, o tratamento biológico envolve o tratamento de lamas activadas por resíduos ou outras unidades de pré-tratamento, o que aumentaria o custo do tratamento de águas residuais. O método de adsorção tem baixo custo e alta eficiência. Portanto, tem sido amplamente utilizado para remover fosfato da água15. O sistema de bioretenção é um sistema de remoção de fósforo por adsorção amplamente utilizado. Sua eficiência de remoção de fósforo é altamente variável e instável. Isto se deve principalmente à pequena capacidade e baixa estabilidade do fósforo adsorvido no meio filtrante do sistema de retenção biológica, resultando em um alto efeito de lixiviação de fósforo. Portanto, a remoção de fósforo pode ser melhorada por novos meios filtrantes no sistema de retenção biológica, e a aplicação de materiais de remoção de fósforo de alta eficiência e baixo custo também tem recebido ampla atenção.

O material à base de carbono é uma espécie de carbono negro de pirólise. Sua produção traz muitos benefícios ambientais, como sequestro de carbono, mitigação do aquecimento global, melhoria da qualidade do solo e remoção de contaminantes16,17,18. Nos últimos anos, devido à sua ampla gama de fontes, os materiais à base de carbono têm atraído muita atenção. Diversas biomassas, incluindo resíduos agrícolas19,20, resíduos florestais21 e lodo de esgoto, podem ser utilizadas como matéria-prima para pirólise para preparar adsorventes com vantagem de baixo custo22,23,24. O teor de umidade dos resíduos de frutas e vegetais é geralmente superior a 90%, e os sólidos voláteis representam mais de 80% dos sólidos totais (VS/TS). Dentre eles, celulose, lignina, açúcares e hemicelulose respondem por cerca de 9,0%, 5,0% e 75,0% respectivamente25,26. Os métodos convencionais de tratamento de resíduos de frutas e vegetais incluem incineração, aterro, compostagem aeróbica e digestão anaeróbica, devido ao seu alto teor de umidade, os métodos acima têm efeitos de tratamento fracos27,28,29,30,31,32,33. Além disso, em algumas áreas, os resíduos de frutas e vegetais são triturados e desidratados para reduzir o teor de umidade da matéria sólida, e então a matéria sólida é compostada e digerida para aliviar o fenômeno de inibição ácida causado pela rápida hidrólise de resíduos com alto teor de umidade durante digestão direta30,34. O líquido residual é descarregado diretamente na rede municipal de esgoto e entra na estação de tratamento de esgoto junto com o esgoto. O tratamento de águas residuais de frutas e vegetais não está incluído no escopo das condições de projeto do sistema de esgoto municipal, o que é fácil de causar bloqueio de tubulações e, portanto, esse método não pôde ser totalmente popularizado. Em segundo lugar, depois de as águas residuais de frutas e vegetais entrarem no sistema municipal de recolha de esgotos, seriam concentradas na estação de tratamento de esgotos urbanos. Seu alto teor de carbono, alto teor de nitrogênio e alto teor de fósforo agravariam a carga operacional da estação de tratamento de esgoto. A coagulação pode remover a maior parte do fósforo, fazendo com que a maior parte dele se acumule nos precipitados, e os precipitados podem ser preparados como adsorventes para recuperar o fósforo.