Monitoramento de águas subterrâneas do aquífero serra geral e avaliação do processo de adsorção para remoção de contaminantes

Abstract

RESUMO: O objetivo deste trabalho foi o monitoramento físico-químico, elementar e microbiológico de águas subterrâneas de poços do aquífero Serra Geral, localizados na região rural do município de Toledo-PR. Seguido do estudo do processo de adsorção, utilizando soluções preparadas em laboratório, com composição baseada nos principais contaminantes encontrados durante o monitoramento. As análises físico-químicas e microbiológicas foram realizadas seguindo o Standard Methods, enquanto que as elementares foram realizadas utilizando espectrometria de fluorescência de raios-X por reflexão total (TXRF). O conjunto de dados físico-químicos e de composição elementar foi tratado estatisticamente por meio de técnicas multivariadas de agrupamentos (Cluster) e análise de componentes principais (ACP). Após o monitoramento, foi realizado o estudo da cinética e do equilíbrio de adsorção dos principais contaminantes encontrados nas águas. De acordo com os resultados obtidos por meio do monitoramento das águas subterrâneas, verificou-se que, de modo geral, as águas encontram-se em conformidade com a legislação brasileira para água potável (Portaria 2914 de 2011 do Ministério da Saúde). No entanto, em alguns poços, em determinados meses, observou-se a contaminação por ferro e chumbo. Foi realizado o balanço hídrico climatológico e verificou-se que, no período de monitoramento, houve excedente e reposição hídricos, após períodos de reposição hídrica foram observadas as maiores concentrações de ferro e chumbo nas águas, o que sugere que a presença destes elementos nas águas pode ser devido à percolação das águas das chuvas. Pela análise de Cluster verificou-se que os pontos 02, 04, 06 e 07 apresentaram características físico-químicas mais similares, esta similaridade pode ser atribuída à composição geoquímica da região. Com a ACP chegou-se a conclusão que os parâmetros pH, oxigênio dissolvido, condutividade elétrica, alcalinidade e turbidez são os que representaram a maior variabilidade dos parâmetros monitorados. Após o monitoramento das águas subterrâneas, foi realizado o estudo do processo de adsorção dos principais contaminantes encontrados, sendo eles o ferro e o chumbo. Foram avaliadas as capacidades de adsorção do carvão ativado animal puro (CA), carvão ativado vegetal impregnado com Ag 0,08%m/m e Cu 0,08%m/m e a resina catiônica SupergelTM SGC 650H (SGC650H). Este último adsorvente foi o que demonstrou maior capacidade de adsorção de ambos os íons metálicos, o que levou a sua escolha para o estudo da cinética e do equilíbrio de adsorção. Os tempos de equilíbrio necessários para remoção dos íons Fe3+ e Pb2+ foram de 150 e 120 min, respectivamente, em sistema monocomponente. O modelo de Langmuir foi o que melhor descreveu os dados de equilíbrio de ambos os íons metálicos em sistema monocomponente, com capacidades de adsorção iguais a 7,18 e 4,00 meq g-1 para o Fe3+ e para o Pb2+, respectivamente, sugerindo que os íons metálicos tem a seguinte ordem de afinidade: Fe3+>Pb2+. Em sistema multicomponente, os valores dos parâmetros da isoterma de Langmuir estendida modificada sugeriram que há competição, interação ou efeitos de deslocamento entre os íons Fe3+ e Pb2+. O adsorvente SGC650H apresentou elevada afinidade e capacidade de remoção dos íons metálicos, demonstrando o seu grande potencial para ser utilizado em sistemas de tratamento de água em propriedades onde a água esteja contaminada com metais pesados

ABSTRACT: The objective of this work was the physical-chemical, elemental and microbiological monitoring of groundwater of wells of the Serra Geral aquifer, located in the rural region of the municipality of Toledo-PR. Followed by the study of the adsorption process, using solutions prepared in laboratory, with composition based on the main contaminants found during the monitoring. The physico-chemical and microbiological analyzes were performed following Standard Methods, while the elementary ones were performed using total reflection X-ray spectrometry (TXRF). The physico-chemical and elemental composition dataset was statistically treated by using multivariate clustering techniques and principal component analysis (PCA). After the groundwater monitoring, the kinetics and the adsorption equilibrium of the main contaminants found in the waters were studied. According to the results obtained through the groundwater monitoring, it was found that, in general, the water is in compliance with the Brazilian legislation for drinking water (Ordinance 2914 of 2011 of the Ministry of Health). However, in some wells, in a few months, contamination by iron and lead was observed. Climatological water balance was performed and it was verified that, during the monitoring period, there was water surplus and replacement, after periods of water replacement, the highest concentrations of iron and lead in the groundwater were observed, suggesting that the presence of these elements in the waters may be due to the percolation of rainwater. By the analysis of Cluster it was verified that the points 02, 04, 06 and 07 presented more similar chemical characteristics, this similarity can be attributed to the geochemical composition of the region. With the ACP, it was concluded that pH, dissolved oxygen, electrical conductivity, alkalinity and turbidity were the parameters that represented the greatest variability of the monitored parameters. After the groundwater monitoring, the study of the adsorption process of the main contaminants was carried out, namely iron and lead. The adsorption capacity of pure animal activated charcoal (AC), vegetable activated charcoal impregnated with 0.08%m/m Ag and 0.08%m/m Cu (CV) and the cationic resin SupergelTM SGC 650H (SGC650H) were evaluated. The last was the one that showed the highest adsorption capacity of both metallic ions in a study of kinetics and adsorption equilibrium was conducted. The equilibrium times required to remove the Fe3+ and Pb2+ ions were 150 and 120 min, respectively, in a mono component system. The Langmuir model best described the equilibrium data of both metallic ions in mono component system, with adsorption capacities of 7.18 and 4.00 meq g-1 for Fe3+ and for Pb2+, respectively, suggesting that the metal ions has the following order of affinity: Fe3+ > Pb2+. In a multicomponent system, the modified Langmuir isotherm parameter values suggested that there is competition, interaction or displacement effects between the Fe3+ and Pb2+ ions. The adsorbent SGC650H showed high affinity and metal ion removal capacity, demonstrating its great potential to be used in water treatment systems in properties where the water is contaminated with heavy metals