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

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

Cleuzir da Luz1, Adriana Dervanoski da Luz2, Evilyn Fell3, Roberta Bonadiman4

RESUMO A indústria alimentícia é grande consumidora de água e a sua qualidade é importante para que a qualidade final do produto seja preservada. Um dos principais problemas encontrado nas águas de abastecimento da indústria de alimentos de regiões do Brasil é a elevada concentração de ferro na etapa final do processo. Dentre as várias tecnologias utilizadas, a adsorção vem sendo utilizada para remoção deste composto e se mostrando bastante eficaz. Este trabalho apresenta um modelo fenomenológico que descreve o processo de remoção do ferro através da adsorção em leito fixo, utilizando-se zeólita NaY como adsorvente. Para resolução do modelo matemático, foi utilizado o Método de Volumes Finitos na discretização das equações diferenciais e um algoritmo computacional foi implementado em linguagem FORTRAN. O algoritmo foi validado com dados experimentais encontrados na literatura, demonstrando que juntamente com a modelagem matemática, representa uma ferramenta importante para o dimensionamento de colunas adsortivas.

PALAVRAS-CHAVE: Método de Volumes Finitos. Modelagem Matemática. Código Computacional. Adsorção. Zeólitas. Ferro.

SIMULATION OF THE PROCESS OF ADSORPTION OF IRON IN WATER SUPPLY THE FOOD INDUSTRY

ABSTRACT The food industry is a huge consumer of water and its quality is important for the final product quality is preserved. One of the main problems found in the water supply of the food industry in regions of Brazil is the high concentration of iron in the final step. Among the many technologies used, the adsorption has been used for removal of this compound and proving highly effective. This study presents a phenomenological model that describes the process of iron removal by adsorption in a fixed bed, using a NaY zeolite as an adsorbent. To solve the mathematical model, was used to Finite 1* Professor de Matemática. Departamento de Engenharia de Alimentos. Universidade do Estado de Santa Catarina - UDESC. Email: [e-mail]

2 Professor de Fenômeno de Transportes. Departamento de Engenharia de Alimentos. Universidade do Estado de Santa Catarina - UDESC. Email: [e-mail]

3Acadêmica. Departamento de Engenharia de Alimentos. Universidade do Estado de Santa Catarina - UDESC. Email: [e-mail]

4 Acadêmica. Departamento de Engenharia de Alimentos. Universidade do Estado de Santa Catarina - UDESC. Email: [e-mail]

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

Volumes Method for discretization of differential equations and a computational algorithm has been implemented in FORTRAN language. The algorithm has been validated with experimental data found in literature, showing that together with the mathematical modelling represents an important tool for the dimensioning of adsorptive columns.

KEYWORDS: Finite Volumes Method. Mathematical Modeling. Computational Code. Adsorption. Zeolites. Iron.

1. INTRODUÇÃO

Inúmeras regiões brasileiras apresentam problemas qualitativos em suas águas de abastecimento, relacionados com a presença de sais de ferro. Esse fato é, geralmente, decorrente da dissolução de rochas e minerais, quando da passagem de fluxo de água superficial, pluvial ou subterrânea, sobre as mesmas [1]. Do ponto de vista sanitário, nas concentrações comumente encontradas de ferro não são conhecidos efeitos adversos à saúde. Os compostos insolúveis dos sais de ferro, na forma férrico, podem ser removidos com maior facilidade em Estações de Tratamento 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,