Análise das tecnologias adsorventes, convencionais e alternativas, aplicadas no tratamento de esgotos para remoção de fósforo

Abstract

A crescente necessidade de tratamento de águas residuárias para remoção de fósforo (P) impulsiona o estudo da adsorção, comparando o desempenho de materiais convencionais e alternativos. Adsorventes convencionais, como o carvão ativado e a zeólita natural, mantêm-se como referência devido à sua vasta disponibilidade e histórico de aplicações. O carvão ativado demonstra elevada eficiência de remoção, alcançando até 99,94% em pH 7, embora com capacidades máximas de adsorção (qₘₐₓ) relativamente baixas. Em contraste, os adsorventes alternativos e híbridos, majoritariamente baseados em biochar, argilas modificadas e hidróxidos duplos em camadas (LDHs), destacam-se pela viabilidade econômica, menor impacto ambiental e capacidades de adsorçãos significativamente superiores. O lantânio (La) é o metal mais eficiente devido à sua forte afinidade pelo íon fosfato, resultando nos melhores desempenhos, como o biochar de lodo de esgoto modificado com lantânio (La-SSBC), que atingiu a capacidade máxima de 312,55 mg/g. Outras modificações eficazes envolvem ferro (Fe), magnésio (Mg) e cálcio (Ca). Os mecanismos predominantes de adsorção são a complexação de esfera interna, atração eletrostática, troca iônica e precipitação superficial. As condições operacionais exercem influência crítica no desempenho. A remoção de fósforo é favorecida em faixas de pH neutras a levemente ácidas de 6 a 7, sendo o processo dificultado em pH alcalino devido à repulsão eletrostática. O aumento da concentração inicial de fósforo, para acima de 10 mg/L, geralmente aprimora a capacidade de adsorção. Os modelos isotérmicos de Langmuir e Freundlich são os mais aplicados na modelagem da adsorção, ajustando-se de forma mais proeminente aos materiais modificados. Um aspecto crucial para a sustentabilidade da tecnologia é o potencial de regeneração e reaproveitamento. Muitos materiais híbridos, como aqueles modificados com lantânio, ferro ou cálcio, demonstram alta estabilidade cíclica, mantendo eficiências satisfatórias acima dos 80%, mesmo após múltiplos ciclos. A regeneração não apenas permite a reutilização do adsorvente, mas também viabiliza a recuperação do fósforo adsorvido para aplicação como fertilizante de liberação lenta na agricultura. Sistemas inovadores, como o MAAC/AEM//CEM/AC, também demonstram capacidade de concentrar o P recuperado em até 189%. Apesar dos resultados promissores em laboratório, a transição tecnológica é desafiada pela baixa padronização metodológica entre os estudos, que dificulta a comparação direta de resultados de eficiência e capacidade. Além disso, a maioria das investigações de regeneração se limita a curto prazo (três a cinco ciclos), sendo insuficientes para atestar a viabilidade econômica e a estabilidade estrutural em longo prazo. Assim, as perspectivas futuras enfatizam a necessidade de integrar a adsorção a tecnologias híbridas e validar o desempenho dos adsorventes em escalas piloto e arranjos contínuos, garantindo a escalabilidade e a pertinência das soluções para cenários reais.