Aproveitamento de resíduos de madeira para produção de bio-polímeros para tratamento de águas residuais Maria da Graça Rasteiro (Kinga Grenda, Ricardo Almeida, José A. F. Gamelas) Departamento de Engª Química, CIEPQPF, Universidade de Coimbra Coimbra, Portugal Ordem dos Engenheiros Projecto ECOFLOC, Marie Curie People ITN/EID - ( http://www.uc.pt/fctuc/deq/ecofloc)
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Aproveitamento de resíduos de madeira para
produção de bio-polímeros para tratamento de
águas residuais
Maria da Graça Rasteiro(Kinga Grenda, Ricardo Almeida, José A. F. Gamelas)
Departamento de Engª Química, CIEPQPF, Universidade de CoimbraCoimbra, Portugal
Ordem dos Engenheiros
Projecto ECOFLOC, Marie Curie People ITN/EID - (http://www.uc.pt/fctuc/deq/ecofloc)
Sumário
06 Conclusões
Aplicação no tratamento de águasresiduais05
03
01Tratamento de águas residuais
Matérias primas
Objectivos02
04 Modificação da celulose
Tratamento de águas residuaisTratamentos primáriosTratamentos secundários
Introdução de coagulantes e floculantes que promovam a agregação e sedimentçãodas partículas e material disperso coagulação - floculação
Tratamento primário
Prática corrente: utilizar sais inorgânicos coagulantes ou polímeros sintéticosderivados do petróleo não biodegradáveis (poliacrilamidas)
Objectivos
4
Produzir agentes para o tratamento de efluentes corados (indústria téxtil, etc..) com as características adequadas
Desenvolver novos agentes de tratamento de águas residuaispartindo de resíduos da madeira (eucalipto e outras espécies)
Biodegradáveis
Economicamente viáveis
Amigos do Ambiente
Base Natural
Ultrapassar as desvantagens das soluções tradicionais existentes
Oil-based/non-renewable Low/slow biodegradation
Residual unreacted monomers or by-products can be released and hazardous
High toxicity/carcinogenicity
Objectivos
Valorização de resíduos
Resíduoscelulósicos
• CDAC – floculante catiónico
de base celulose
• ADAC - floculante aniónico
de base celulose
CDAC
• Aplicação no
tratamento de
efluentes
• Efluentes corados(modelo e industriais)
(efluentes reais de lagares de azeite)
Matérias primas AplicaçãoProdutos
ADAC
• Madeira de eucalipto ouacácia (resíduos)
• Fibras de celulose(branqueadas ou não)
Economia Circular
Kappa N: 10.2 (~90% celulose)
Kappa N: 13.9 (~89%celulose)
Extracted cellulose fibres:Na2CO3, NaOH, Na2S
160°C, 30min
Matérias Primas usadas no processo de produção dos floculantes
Extracted cellulose fibres:
Kappa N: 16.1 (~77%celulose)
Kappa N: 26.7 (~71%celulose)
Eucalyptus wood chips WASTES - grinding
*Nº Kappa – dá indicação do teor de lenhina nas fibras
CellulosePurity: 94 %
1
Surplus of Eucalyptusbleached cellulosic fibers
Alkaline extraction
Mild Kraft cooking
Base Eucalyptus
Teor de lenhina entre 0.5 e ~4,5%
Matérias Primas usadas no processo de produção dos floculantes
Extracted cellulose fibres:
Kappa N: 15.0 (~72%celulose)
Kappa N: 19.7 (~69%celulose)
Na2CO3, NaOH, Na2S160°C, 60min
Acacia wood chips - grinding
*Nº Kappa – dá indicação do teor de lenhina nas fibras
Mild Kraft cooking
Base Acacia Dealbata
Teor de lenhina entre 2 e 4.5%
Modificação da celulose
DAC (celulose dialdeído)
CDAC (celulose catiónica)
oxidação
Objectivo - Obtenção de celulose solúvel em água
Oxidação da celulose – abertura dos grupos glucose Introdução de grupos aldeído)
The offline treatment of the scattering matrix allows obtaining information about the scattering exponent (SE), related to the flocs structure.
The information collected for different scattering angles leads to particle size distribution and to average particle size information
Continuous information about flocs
formation/growthA. Lorenço et I&ECR, 57(7), 2628, 2018
Real EffluentFlocculation kinetics
pH 3.00.15% bentonite
Flocculation process monitoring - LDS
The average floc sizes reaches the maximum within 60 seconds after flocculant addition and later stabilizes
Rearrangement of aggregates occurs when larger flocsare obtained
Real EffluentFlocculation kinetics – structure (SE)
pH 3.00.15% bentonite
Flocculation process monitoring - LDS
Flocs become more compact as flocculation progresses (higher SE)
Compacteness (SE value) depends on polymer concentration and bio-polymer characteristics
Conclusões
Valorização
de resíduos
de madeira
Tratamento
de águas
residuais
o Foi possível desenvolver uma estratégiade produção de Celulose solúvel
o Cationização e Anionização da celulose
É possível controlar a modificação por forma a obterbio-floculantes com cargasdiferentes
Os bio-polímeros produzidoscaracterizam-se pela sua solubilidade emágua à temperatura ambiente, pelaelevada densidade de carga e pela bio-degradabilidade.
Procedimento bi-etápico.
Procedimento funcionou para fibras
com diferentes teores de lenhina
(processo extractivo suave)
o Bio-PELs testados positivamenteem efluentes da indústria textile de lagar de azeite
o Bio-PELs são tão ou maiseficazes que os polielectrólitostradicionais de base petrolífera(poliacrilamidas)
Previsto elevado potencial de aplicação no tratamento de águasresiduais de diversas indústrias
Efluentes corados bio-PELs funcionam melhor emcombinação com bentonite
1. - Kinga Grenda, José A. F. Gamelas, Julien Arnold, Olivier J. Cayre and Maria G. Rasteiro, ”Evaluation of Anionic and Cationic Pulp-Based Flocculants With Diverse Lignin Contents for Application in Effluent Treatment From the Textile Industry: Flocculation Monitoring”, Frontiers in Chemistry, 2020. doi.org/10.3389/fchem.2020.00005
2. - Kinga Grenda, Julien Arnold, José A. F. Gamelas, Olivier J. Cayre and Maria G. Rasteiro, “Flocculation of silica nanoparticles by natural, wood-based polyelectrolytes”, Separation and Purification Technology, 231, 115888, 2020
3. - Kinga Grenda, José A. F. Gamelas, Julien Arnold, Olivier J. Cayre and Maria G. Rasteiro, “Cationization of Eucalyptus wood waste pulps with diverse lignin contents for potential application in colored wastewater treatment”, RSC Advances, 60, 2019.
4. - Kinga Grenda, Julien Arnold, David Hunkeler, José Gamelas, Maria Graca Rasteiro, “Tannin-based coagulants from laboratory to pilot plant scales for coloured waste-water treatment”, Bioresources, 13 (2), 2727-2747, 2018.
5. -Kinga Grenda, Julien Arnold, José A. F. Gamelas, Maria G. Rasteiro, “Up-scaling of tannin-based coagulants for wastewater treatment: performance in a water treatment plant”, Environmental Science and Pollution Research, doi.org/10.1007/s11356-018-2570-5, 2018.
6. - Kinga Grenda, Julien Arnold, José Gamelas, Maria Graca Rasteiro, “Environmental Friendly Cellulose-Based Polyelectrolytes in Wastewater Treatment”, Water Science & Technology, 76 (6), 1490-1499, doi: 10.2166/wst.2017.299, 2017 ..
Bibliografia
Agradecimentos
Marie Curie Actions– European Industrial Doctorate (EID), through Grant agreement FP7-PEOPLE-2013-ITN- 604825(http://www.uc.pt/fctuc/deq/ecofloc)
Universidade de Coimbra Research Unit ProjectFCT UID/EQU/00102/2013