Otimização do processo de regeneração de vermiculita quimicamente ativada por meio da metodologia das superfícies de resposta (MSR).

Abstract

A vermiculita é um mineral micáceo poroso com elevada área superficial específica, cujo uso para a remoção de nitrogênio amoniacal em águas residuais tem sido estudado. Quando comparada a diversos argilominerais de ocorrência natural, utilizados como material alternativo neste processo de remoção, a vermiculita é o que apresenta a maior capacidade adsortiva. A etapa de regeneração deste adsorvente é importante por possibilitar sua reutilização em novos ciclos de adsorção, contribuindo para a sustentabilidade do processo, além de reduzir seus custos. Portanto, com o intuito de se obter a máxima remoção de nitrogênio amoniacal da vermiculita previamente ativada e saturada, consumindo o menor volume possível de solução salina regenerante, realizou-se o estudo de otimização por meio da Metodologia de Superfície de Resposta (MSR). Elaborou-se um planejamento fatorial 2² em triplicata com ponto central, objetivando-se a observação de um ponto máximo de dessorção do adsorbato na superfície formada pelos pontos experimentais. Ao verificar-se uma concavidade nesta superfície, novos experimentos foram realizados a fim de compor um planejamento fatorial em estrela. A partir deste novo planejamento, obteve-se um modelo quadrático que possibilitou a descrição dos pontos experimentais com um intervalo de 95% de confiança, além de possibilitar a determinação do ponto ótimo no qual se obtém a máxima dessorção de nitrogênio amoniacal. Considerando-se 25 g de vermiculita quimicamente ativada e saturada com solução de nitrogênio amoniacal a 5 mg.L-1, foram obtidos os seguintes parâmetros ótimos de regeneração: concentração de 11,632 g.L-1 de cloreto de sódio na solução regenerante e uma proporção de volume de solução regenerante em relação à massa de adsorvente igual a 41,825 mL.g-1.

Vermiculite is a porous micaceous mineral with high specific superficial area. Its use for ammoniacal nitrogen removal from wastewaters has been studied. When compared to other natural clay materials used as alternative adsorbents in this removal process, vermiculite shows higher adsorptive capacity. The regeneration of this adsorbent is important for enabling its reuse in new adsorption cycles, contributing for the process sustainability and reducing associated costs. Hence, with the aim of obtaining the maximum ammoniacal nitrogen removal from previously activated and saturated vermiculite, consuming the minimum regenerating saline solution volume, the optimization study by Response Surface Methodology was carried out. A 2² factorial design was elaborated in triplicate with central point, aiming the observation of a maximum adsorbate desorption point on the surface formed by the experimental results. When a concavity was verified at this surface, new experiments were carried out to compose a star factorial design. From this new design, a quadratic model was obtained, which enabled the experimental points description with a 95% reliability interval and determined the optimum point that describes the maximum ammoniacal nitrogen desorption. Considering 25 g of vermiculite chemically activated and saturated with a 5 mg.L-1 ammoniacal nitrogen solution, the following regeneration optimum parameters were obtained: sodium chloride concentration of 11,632 g.L-1 in the regenerating solution and a proportion of regenerating solution volume per adsorbent mass equivalent to 41,825 mL.g-1.