Tese
Aplicação dos sub-produtos alcalinos da indústria de polpa celulósica kraft em aterros sanitários e na remediação de drenagem ácida
Application of the alkaline by-products from kraft pulp industry in landfills and acid drainage remediation
Registro en:
FARAGE, Rogério Machado Pinto. Aplicação dos sub-produtos alcalinos da indústria de polpa celulósica kraft em aterros sanitários e na remediação de drenagem ácida. 2018. 72 f. Tese (Doutorado em Ciência Florestal) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2018.
Autor
Farage, Rogério Machado Pinto
Institución
Resumen
Motivado pela necessidade de material para cobertura intermediária em aterros sanitários, pela busca por materiais em quantidade e custos acessíveis para uso como barreira reativa permeável (BRP) no tratamento/remediação de drenagem ácida de mineração e redução dos custos das fábricas de polpa kraft com o tratamento e disposição final dos resíduos alcalinos dregs, grits e lama de cal, o presente estudo objetivou avaliar o uso destes resíduos alcalinos para estas aplicações sob a variável ambiental. Baseado nos procedimentos operacionais para aterros sanitários no Brasil, a demanda de material para cobertura intermediária é de cerca de 17 milhões m3/ano, consumindo todo o volume dos resíduos alcalinos gerados pelo setor de polpa kraft no Brasil (cerca de 380 mil t/ano), com uma redução de custos de R$ 30 milhões / ano para as fábricas. Quanto ao tratamento das drenagens ácidas do setor de mineração, os sistemas de tratamento in loco, com destaque ao uso de BRP, representam uma opção mais atrativa devido aos reduzidos custos de instalação e manutenção, quando comparados aos sistemas ativos, que consistem na construção de estações de tratamento de efluentes e sistemas de bombeamento. As BRP’s são instaladas no fluxo das drenagens ácidas, atuando na retenção de contaminantes, a exemplo de metais e sulfatos, através de mecanismos como adsorção, troca iônica e precipitação. A vida útil dos materiais adsorventes implica na opção por materiais de baixo custo e elevada disponibilidade, motivando estudos sobre o reuso de resíduos industriais. O presente estudo avaliou as possíveis restrições de uso dos materiais em aterros sanitários, notamente sobre a ação dos microrganismos responsáveis pela estabilização da fração orgânica dos resíduos no interior dos aterros e posteriormente no tratamento do chorume. Avaliou-se ainda a remoção de metais no chorume gerado em aterros sanitários quando da utilização de um composto de dregs+grits e lama de cal. Finalmente, estudou-se a capacidade de remoção de cobre e sulfato em drenagem ácida de mineração com o uso de dregs e grits. O uso do composto dregs+grits e da lama de cal como cobertura intermediária em aterros sanitários foi dividido em três etapas: construção e enchimento de 3 aterros sanitários experimentais, sendo um controle (sem uso dos resíduos alcalinos), monitorados durante 6 meses através dos respectivos chorumes gerados; tratamento biológico dos chorumes gerados nas unidades experimentais com cobertura de dregs+grits e da controle (sem cobertura intermediária), por meio de reatores aeróbios; construção de 9 colunas preenchidas com o composto de dregs+grits (3 colunas), com lama de cal (3 colunas) e com solo (3 colunas), seguido da aplicação periódica de uma solução de chorume e metais (Cd, Cr, Cu, Mn, Ni e Pb). Os valores de DQO dos chorumes gerados na unidade experimental com cobertura de lama de cal e para a unidade controle foram similares, 2.800 mg/L e 3.300 mg/L, respectivamente, ao final do intervalo de monitoramento. O chorume da unidade experimental com cobertura do composto de dregs+grits manteve DQO de 32.000 mg/L neste intervalo, diminuindo para 2.800 mg/L após 9 meses, enquanto os chorumes da unidade com lama de cal e da controle passaram a 800 mg/L e 1.300 mg/L, respectivamente. Este comportamento sugere a presença de agente inibidor das atividades da microbiota na unidade com dregs+grits, a exemplo do sódio, com concentração 13 vezes maior que no chorume da unidade controle. A eficiência média na remoção de DQO através do tratamento biológico dos chorumes gerados nas unidades experimentais com cobertura do composto de dregs+grits e da controle foram similares, entre 70% e 90%. As retenções de metais nos ensaios de coluna foram similares para a lama de cal e solo, acima de 70%, com oscilação para o Cu durante os intervalos das aplicações nas colunas com lama de cal. As colunas com dregs apresentaram dessorção de Cu e comportamento oscilatório nas retenções de Cd, Cr e Ni ao longo do monitoramento das colunas. A remoção de Cu e sulfato em drenagem ácida de mineração foi avaliada através de ensaios de cinética de adsorção, ensaios em batelada com diferentes relações S:L (adsorvente: adsorvato) e ensaios em coluna. A retenção de Cu, em ambiente alcalino, foi similar para dregs e grits, superior a 99% para relação S:L de 1:10, sugerindo mecanismo de precipitação. A remoção de sulfato foi superior a 70% com o uso de ambos materiais, em ambiente ácido (pH <5). Motivated by demand for intermediate covering material in landfills, by search for alternative materials that be use as permeable reactive barries for acid mine drainage treatment and to eliminate or reduce the costs with final disposal of the alkaline wastes dregs, grits and lime mud generates in pulp kraft mills, the present study evaluated the use of this alkaline wastes in this applications under the environmental variable. Based on operation procedures for landfills in Brazil, the consumption of intermediate covering material is 17 million m3/year. The alkaline wastes (dregs, grits and lime mud) generated by pulp kraft mill in Brazil, represents 5% this volume (380,000 t/year), with an approximate cost of US$ 7.5 millions for final disposal. In the acid mine drainage treatments the permeable reactive barrier (PRB) is commoly adopted due lower costs with installation and monitoring, compared to pumping systems and treatment plants. The PRB are installed in the acid mine drainage flow, like a filter, retaining contaminants such as metals and sulfate through mechanisms as adsorption, ion change and chemical precipitation. The waste industries reuse is motivated like PRB due to the time life of the materials, being necessary search about materials with low costs and high disponibility. The study evaluated the possible restrictions of the use of the materials in landfills, especially on the action of the microorganisms responsible for stabilizing the organic fraction of the residues within the landfills and on the treatment of the leachate. It was also evaluated the potential for the removal of metals in the leachate generated in landfills when dregs+grits were used as intermediate covering. Copper and sulphate removal in the acid drainage of mines were evaluated using dregs and grits as PRB fillers. The use of dregs+grits and lime mud as intermediate covering in sanitary landfills was studied in three stages: building and filling of 3 experimental sanitary landfills, being U1 (intermediate covering of dregs+grits), U2 (intermediate covering of lime mud) and U3 (without intermediate covering). It was monitored during 6 months through the leachates; biologic treatment of the leachates from experimental sanitary landfills, using aerobical reactores; filling of 9 columns with dregs+grits (3 columns), lime mud (3 columns) and soil (3 columns), with periodic application of leachate and metals solution (Cd, Cr, Cu, Mn, Ni and Pb). The COD of the leachates from U2 and U3 were similares, 2,800 mg/L and 3,300 mg/L, respectively, at the end of the monitoring interval. The COD of the leachate from U1 remained 32,000 mg/L in the same interval, decreasing for 2,800 mg/L after 9 months, while the leachate from U2 and U3 decreased for 800 mg/L and 1,300 mg/L, respectively. This behavior suggests presence of inhibitory agent, such as sodium, with concentration 13 times higher than the leachate from U3 (control unit). The average efficiency on COD removal of the leachates from U1 and U3, through of the aerobic biologic treatment were similar, between 70% and 90%. The metals retention in the column assays were similares for lime mud and soil, above 70%, oscillating for the Cu during the applications on the lime mud columns. The columns filled with dregs+grits presented Cu dessorption and oscillatory behavior in the Cd, Cr and Ni retention throughout of the columns monitoring. The Cu and sulfate removal in acid mine drainage was evaluated through of adsorption kinetics assays, batch test with differents S:L (adsorbent: adsorbate) rates and column test. The Cu retention was above 99% for dregs and grits, in alkaline conditions, for S:L rate of 1:10, suggesting precipitation mechanism. The sulfate removal was above 70% using both materials, in acid conditions (pH < 5). Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais