SIMULAÇÃO DO PROCESSO DA ADSORÇÃO DO FERRO PRESENTE EM ÁGUAS DE ABASTECIMENTO DA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS

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de Água (ETAs), utilizando tratamentos convencionais. No entanto os compostos na forma de sais solúveis como os compostos de sais ferrosos (Fe2+) são difíceis de serem removidos através de tratamentos convencionais, permanecendo solúveis na água, oxidando e gerando cor após cloração final da água [1]. O ferro, muitas vezes associado ao manganês, confere à água um sabor amargo adstringente e coloração amarelada e turva, decorrente da precipitação do mesmo quando oxidado. Certos sais férricos e ferrosos, como os cloretos, são bastante solúveis nas águas. Os sais ferrosos são facilmente oxidados nas águas naturais de superfície, formando hidróxidos férricos insolúveis, que tendem a flocular e decantar, razão pela qual a ocorrência de sais de ferro em águas superficiais bem aeradas dificilmente se dá em elevadas concentrações [2]. Segundo o CONAMA é adotado o limite de 0,3 mg/L para a concentração final de ferro nas águas de abastecimento. Essa limitação, entretanto, é feita devido a razões estéticas [2]. Em concentrações superiores a 0,5 mg/L causa gosto nas águas e é altamente prejudicial para a indústria alimentícia, têxtil, de papel, lavanderias e indústrias de bebidas gaseificadas [2]. O ferro é facilmente removido da água com um tratamento apropriado. Um dos tratamentos mais utilizados para remoção de ferro das águas é o processo de adsorção com zeólitas.

Vetor, Rio Grande, v.21, n.2, p. 60-71, 2011. 61

Zeolitas são aluminossilicatos hidratados formados por estruturas cristalinas tridimensionais de tetraedros de SiO4 e de AlO4, ligados entre si pelos quatro vértices de oxigênio. Nessa configuração, as cargas negativas dos tetraedros de AlO4 são compensadas por cátions intersticiais (Na+, K+, Ca2+ e Ba2+) e formam uma estrutura aberta, com grandes canais, por onde a água e outras moléculas podem se alojar e apresentar considerável liberdade de movimento, permitindo a troca iônica e uma hidratação reversível [3]. Segundo Stefanovic, Zabukovec e Margeta [4], os processos de adsorção por zeólitas são muito atraentes, uma vez que a sua aplicação é simples, possui excelentes propriedades físico-químicas e alta afinidade por metais pesados. Seu uso também é estimulado pela disponibilidade, baixo custo além da possibilidade de ser recuperada e novamente utilizada no processo. O processo de adsorção em colunas de leito fixo compostas por zeólitas pode ser descrito por modelos matemáticos constituídos por equações diferenciais de balanço de massa na fase fluida para um elemento de volume na coluna e na partícula de adsorvente. Estes modelos geralmente diferem entre si pela escolha da taxa de adsorção, pois no balanço de massa na fase fluida, geralmente a única alteração é a negligência ou não da dispersão axial. Dependendo da complexidade dos modelos, estes podem ter solução analítica ou numérica [5]. Os modelos matemáticos são de suma importância no projeto de colunas de leito fixo, bem como de outros equipamentos. São usados com a finalidade de diminuir os custos de um projeto, pois os mesmos podem ser corroborados através da obtenção de alguns dados experimentais em escala laboratorial [5]. Este trabalho consiste na utilização de um modelo agrupado de difusão nos poros, que considera as resistências de transferência de massa interna e externa à partícula do adsorvente, descrito por Chatzopoulos e Varma [6]. A modelagem matemática deste processo envolve as equações de conservação da espécie química para a fase líquida e sólida, que descrevem a variação da concentração do soluto no interior da coluna em função do tempo e da posição. O Método de Volumes Finitos é utilizado na discretização das equações, e um algoritmo computacional é implementado em linguagem de programação FORTRAN, onde através deste é realizada uma análise de sensibilidade paramétrica dos parâmetros físicos e das condições operacionais deste processo, aplicadas à remoção do ferro por adsorção.

2. MATERIAL E MÉTODOS

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Este trabalho está baseado no modelo matemático descrito por Chatzopoulos e Varma [6]. O modelo matemático é um modelo agrupado de difusão nos poros que considera as resistências de transferência de massa interna e externa à partícula do adsorvente. A modelagem matemática deste processo envolve as equações de conservação da espécie química para as fases líquida (Coordenadas Cilíndricas), sólida (Coordenadas Esféricas) e suas condições iniciais e de contorno, que descrevem a variação da concentração do soluto no interior da coluna e da partícula em função do tempo e da posição. Neste caso, a concentração na fase líquida do soluto, C (meq/L), varia com o tempo, t e posição axial, z. Considera-se somente a variação da concentração ao longo da posição (z), pois o gradiente de concentração na direção radial (r) da coluna é desprezível, e a variação angular ) (  é nula, pela condição de simetria. A concentração na fase sólida, q (meq/g), é

uma função que varia somente com a posição radial, r, dentro da partícula. Presumindo-se um processo isotérmico devido à elevada capacidade calorífica da água; partículas de adsorvente esféricas e rápida cinética de adsorção intrínseca, o balanço de massa do soluto na fase sólida é dado por:                r q qqkr rr D t q sat)/(exp22 0

(1) com as seguintes condições iniciais e de contorno: 0;q L,z0 R,r0 0, t: CI (1a)

0

r q

L,z0 0, t:1

0



 



r CC (1b)

  expDo

L,z0 0, t:2

s s f Rrsat CCk r q q q k

CC



 

   

   

   

    





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