Adsorção de hidrocarboneto em biochar derivado de resíduos de madeira: investigações experimentais e modelagem numérica

Abstract

A produção de óleo e gás consome grandes volumes de água doce e gera efluentes com elevadas concentrações de hidrocarbonetos e outros contaminantes. As barreiras reativas permeáveis (BRPs) configuram uma alternativa sustentável para a remediação de águas contaminadas, possibilitando a redução do impacto ambiental e o reaproveitamento de materiais de baixo custo. Esse trabalho teve como objetivo avaliar o desempenho de um biochar produzido a partir de resíduos de madeira na remoção de fenantreno de solução aquosa sob condições operacionais experimentais dinâmicas e com o auxílio de simulação numérica dos processos de transferência e transporte do contaminante. Foram construídas diferentes BRPs em escala de coluna utilizando biochar ativado com ZnCl2 e biochar não ativado como materiais reativo. Foram efetuados ensaios de cinética e de isoterma da adsorção do fenantreno, bem como ensaios de deslocamento miscível do fenantreno em colunas de leito fixo com diferentes alturas e material reativo. Foram efetuadas simulações numéricas computacionais para estimativa dos parâmetros de transporte com o modelo de dupla porosidade com não equilíbrio físico e químico utilizando o modelo Hydrus. Com relação aos modelos de cinética de sorção, os melhores resultados foram notados no modelo analítico de pseudo-segunda ordem. No tocante as isotermas de sorção, os dados experimentais apresentaram maior aderência ao modelo de Langmuir, com capacidade máxima de adsorção de 3,51 mg.g-1. Nos experimentos em coluna de leito fixo, o transporte foi predominantemente difusivo, e o biochar ativado demonstrou maior eficiência de retenção do fenantreno. Entre os modelos avaliados para ajuste à curva de ruptura de adsorção de fenantreno na coluna de biochar, o modelo de dupla porosidade com dois sítios de sorção implementado no Hydrus-1D apresentou a melhor capacidade de representar o transporte de fenantreno, ajustando de forma mais consistente as curvas de ruptura experimentais. Esse desempenho superior está associado à consideração explícita dos processos de não equilíbrio físico e químico, o que não é contemplado em modelos simplificados, como Thomas e Yoon-Nelson. De forma integrada, o estudo evidencia que o biochar, especialmente após ativação, é um material promissor e de baixo custo com potencial de aplicação em barreiras reativas voltadas à remediação sustentável de águas contaminadas por hidrocarbonetos. A pesquisa contribui para o avanço de tecnologias limpas e reforça o alinhamento com os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável.