PT1012123E - Material de remediação e processo de remediação para sedimentos - Google Patents

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Description

ΕΡ 1 012 123 /PT
DESCRIÇÃO "Material de remediação e processo de remediação para sedimentos" O presente invento refere-se a um processo de remediação de sedimentos, em conjunto com um material para utilização num processo de remediação de sedimentos.
Antecedentes do invento A eutroficação progressiva de sistemas estuarinos e de água doce ao longo da Austrália e noutros locais é frequentemente reflectida num aumento da frequência da eflorescência do fitoplâncton e da biomassa, frequentemente com um desvio para espécies mais prejudiciais, tais como as cianobactérias. Uma proporção significativa da investigação em, e na gestão de, sistemas estuarinos e de água doce tem sido focada (com sucesso variado) na redução da introdução de nutrientes (em particular fósforo) nas represas.
Contudo, o presente invento reconhece que o aumento de cargas internas derivadas do armazenamento de nutrientes sedimentares acumulados ao longo de anos a décadas, constitui uma importante barreira à gestão eficaz e à restauração dos sistemas estuarinos e de água doce. Na verdade, é agora evidente que se puderem ser identificadas e adoptadas estratégias de gestão sedimento-nutrientes eficazes para modificar as cargas de nutrientes (fósforo) internos, isto dotará os gestores dos recursos naturais de uma poderosa ferramenta para a gestão dos sistemas estuarinos e de água doce, quer a curto quer a longo prazo. A ligação do fósforo foi descrita em várias publicações. Por exemplo, o documento WO 94/19286 descreve a utilização do carbonato de lantânio finamente dividido ou o cloreto de lantânio aquoso para ligar o fósforo em solução em água de piscinas. O documento WO 94/19286 descreve o carbonato de lantânio ligado a um portador, tal como terra de diatomáceas ou embebido em esferas porosas formadas por polímeros ou geles. O documento WO 94/19286 descreve a remoção do fósforo da piscina por filtração. 2
ΕΡ 1 012 123 /PT
Wasay A. et al.r em "Adsorption of Fluoride, Phosphate and Arsenate Ions on Lanthanum Impregnated Sílica Gel", Water Environment Research, Water Environment Federation, Alexandria, US, vol. 68, n.° 3, 1 de Maio de 1996 (1996-05-01), pp. 295-300, descreve outra técnica envolvendo lantânio e sílica gel. O documento JP 62-286539 descreve um lantanídeo de titânio, zircónio e/ou estanho suportado em carvão activado, para absorver iões fosfato.
Sumário do invento
Um objectivo do presente invento é o de proporcionar um processo de remediação de sedimentos e um material de remediação de sedimentos que auxiliará a modificar e, em particular, a reduzir o armazenamento dos nutrientes nos sedimentos reciclados internos nos sistemas estuarinos e de água doce.
De modo geral, o invento proporciona um processo para a remediação de uma matéria por remoção de poluentes contendo oxianiões ou fósforo desta, compreendendo o processo o passo de contacto da matéria com um substrato seleccionado de um ou mais de uma argila de aluminossilicato e um zeólito, modificado por permuta catiónica com elemento(s) de complexação seleccionado(s) de elementos do Grupo IIIB, lantanídeos e do Grupo IVB. O mecanismo das reacções que ocorrem no substrato por adição dos elementos de complexação e a especiação química destes elementos não são presentemente bem entendidos. Com o termo "modificado" termo esse que será utilizado a seguir, pretende-se cobrir qualquer que seja o mecanismo reaccional, que inclui a modificação do substrato por dopagem e/ou permuta catiónica e/ou adsorção do elemento de complexação pelo substrato. Adicionalmente, através do termo "elemento(s) de complexação", estão incluídas porções iónicas contendo tais elementos de complexação, adicionalmente ao(s) elemento(s) de complexação isolados. 3
ΕΡ 1 012 123 /PT A matéria típica pode compreender sedimentos em cursos de água e represas, efluentes de centrais de tratamento de esgotos (comerciais e/ou domésticos), indústria, aquacultura (comercial e/ou doméstica e/ou de agricultura), sedimentos em represas para fornecimento de água (lagos, reservas), sedimentos em zonas húmidas construídas e bacias de retenção de águas pluviais ou represas construídas ou naturais semelhantes.
Os poluentes típicos considerados incluem compostos contendo fósforo, aniões que geralmente são capazes de formarem complexos e em particular oxianiões tais como fosfatos, mas também arsenato, vanadato, cromato e selenato, tungstato, niobato, tantalato e telurato, entre outros e peroxianiões inter alia tais como persulfato. Espera-se também que o processo possa ter aplicação na remoção de poluentes, tais como contaminantes químicos orgânicos, tais como pesticidas ou herbicidas ou oligo-elementos, embora este não seja o objectivo principal do invento.
Geralmente, o fósforo será removido sob a forma de fosfatos ou ortofosfatos dissolvidos. Os fosfatos existem como diferentes espécies, dependendo do pH e de outros parâmetros físico-químicos da solução. O fósforo está, frequentemente, presente em ambientes aquosos poluídos em formas insolúveis, e é transformado em espécies de fosfato solúveis através de vários processos que podem ocorrer no ambiente. Exemplos de fósforo insolúvel incluem fosfatos ligados organicamente que se podem tornar aquosamente solúveis devido a processos biogeoquímicos, ou fósforo mantido em formas inorgânicas, tais como em forma mineral, tal como na apatite mineral ou em fertilizantes, ou que se ligam a espécies Fe-Mn-oxi-hidróxido cristalinos e/ou amorfos podendo todos ser libertados devido a vários processos biogeoquímicos. O processo pode incluir adicionalmente, a adição de um sal solúvel em água do elemento de complexação seleccionado de elementos do Grupo IIIB e do Grupo IVB, em conjunto com o substrato modificado. Espera-se que isto origine uma redução imediata dos níveis de poluentes devido à formação de complexos com o sal solúvel, deixando o material de 4
ΕΡ 1 012 123 /PT remediação para uma redução mais a longo prazo dos poluentes.
Preferivelmente, o sal é um sal cloreto ou um sal nitrato ou uma mistura de sais cloreto e nitrato do elemento de complexação. O presente invento proporciona também um material de remediação para utilização na redução de oxianiões ou de cargas poluentes com fósforo numa matéria, compreendendo o material de remediação um substrato seleccionado de um ou mais de uma argila de aluminosilicato e um zeólito, modificado por permuta catiónica com elemento (s) de complexação seleccionado(s) de elementos do Grupo IIIB e do Grupo IVB. O substrato pode ser qualquer substrato adequado possuindo uma capacidade de permuta catiónica (CEC) alta - um substrato possuindo uma CEC superior a cerca de 30 mili-equivalentes por 100 gramas (meq/100 g) possui um "CEC" moderado, enquanto que um substrato de alto "CEC" pode ter um CEC superior a cerca de 100 meq/100 g e, correntemente, cerca de 150 meq/100 g ou superior. É preferido que o substrato seja um substrato mineral dado estes serem, em muitos casos, relativamente inertes e/ou estarem em harmonia com o ambiente.
Na forma mais preferida do invento, o substrato mineral é uma argila expansível, tal como a saponite, bentonite ou vermiculite. Estes materiais são considerados como argilas expansíveis devido à sua capacidade de absorver águas de hidratação na sua estrutura interna que pode alterar o espaçamento basal (d-).
Em alternativa, o substrato mineral pode ser um material argiloso fibroso do tipo cadeia, tal como a atapulgite, sepiolite ou paligorsite.
Contudo, será apreciado que os materiais de natureza semelhante a argilas, minerais do tipo argila ou argilas expansíveis podem ser também satisfatórios. Estes podem incluir materiais quer naturais quer sintéticos. Por exemplo, 5
ΕΡ 1 012 123 /PT os zeólitos foram também investigados para utilização como substrato mineral do invento, quer zeólitos que ocorrem naturalmente quer zeólitos sintetizados artificialmente. Os zeólitos são também, correntemente, um material com moderada a elevada capacidade de permuta catiónica e embora sejam minerais de aluminossilicato como argilas, estes possuem uma estrutura tridimensional diferente com cavidades internas. O substrato mineral do invento possui, preferencialmente, uma alta CEC de modo a permitir que este seja modificado para aumentar a sua capacidade de ligação a poluentes ou nutrientes e, em particular, a sua capacidade de ligação/absorção/complexação do fósforo. Especificamente, isto envolve a permuta de catiões presentes no substrato mineral com o elemento de complexação com os nutrientes ou os elementos referidos atrás. Esta modificação pode ser descrita como dopagem ou permuta catiónica/permuta iónica. 0 substrato mineral pode ser pré-tratado com um ácido concentrado (e.g. HC1, H2S04) para remover uma grande proporção dos catiões da intercamada e/ou estruturais, antes de ser tratado com o elemento de complexação. 0 pré-tratamento das argilas com ácido representa outra via para preparar argilas modificadas para a adsorção de fosfato. Uma vantagem potencial desta técnica é a de que pode haver um grau de modificação na estrutura de argila subjacente que aumenta a assimilação do elemento de complexação ou outras modificações estruturais na argila. Estas alterações estruturais podem tornar a argila mais susceptivel a outros passos de modificação que podem aumentar a capacidade de assimilação do fosfato. 0 elemento de complexação é, preferencialmente, um elemento capaz de formar um complexo com oxianiões. Muito preferencialmente, o elemento de complexação é capaz de formar um complexo com compostos contendo fósforo, dado que o fósforo é, frequentemente, o nutriente mais comum em sistemas aquáticos contaminados, que pode significar que existe um elevado potencial para o florescimento e crescimento de algas. Tipicamente, o fósforo estará presente sob a forma de aniões fosfato em tais sistemas aquáticos. 6
ΕΡ 1 012 123 /PT Ο material de remediação pode ser aplicado sob a forma de um pó seco, peletes, ou como uma pasta húmida na superfície de uma massa de água ou directamente na superfície dos sedimentos do fundo ou injectado nos sedimentos do fundo. É vantajoso formar uma camada de cobertura do material de remediação na superfície dos sedimentos do fundo e condições da água tais como os caudais e turbulência. A camada de cobertura pode ser de qualquer espessura, mas uma gama entre 0,5 mm e 5 mm deve ser adequada, com uma gama óptima entre 2 mm e 3 mm sendo adequada para a maioria das condições, sem dar origem a efeitos secundários indesejados para os ecossistemas existentes. A espessura da camada requerida dependerá de factores tais como a velocidade, a duração e variabilidade da libertação do fósforo, a velocidade e/ou a capacidade da adsorção/ligação/complexação do material de remediação, a desejada redução do fósforo e a influência de quaisquer outras condições ambientais e/ou físico-químicas. 0 material de remediação pode ser ensanduichado entre geotêxteis, tais como membranas permeáveis à água ou tecidos plásticos, tais como PVC (poli(cloreto de vinilo)) tecido. No caso do material de remediação peletizado, uma malha com aberturas inferiores aos peletes pode ser utilizada para ensanduichar os peletes, de modo a acomodar um elevado fluxo de soluto ao mesmo tempo que se minimizam perdas de material de remediação.
Crê-se que o material de remediação seja particularmente adequado para redução de cargas de fósforo interno nos sedimentos do fundo em sistemas estuarinos ou de água doce. O elemento é, preferencialmente, seleccionado dos Grupos IIIB e IVB da Tabela Periódica (versão CAS). Os elementos do Grupo IIIB compreendem escândio, ítrio, lantânio e actínio e, para os fins deste fascículo considera-se que incluem lantanídeos. Os elementos do Grupo IVB compreendem titânio, zircónio e háfnio. Os lantanídeos compreendem lantânio, cério, praseodímio, neodímio, promécio, samário, európio, gadolínio, térbio, disprósio, hólmio, érbio, túlio, itérbio e lutécio. Pode ser utilizada uma mistura de tais elementos. 7
ΕΡ 1 012 123 /PT
Em particular, o elemento é, muito preferencialmente, seleccionado do grupo constituído por lantânio (La), cério (Ce), praseodímio (Pr), neodímio (Nd), samário (Sm), európio (Eu) e ítrio (Y) ou do grupo compreendendo zircónio (Zr) e háfnio (Hf), com o lantânio sendo o elemento de escolha. Tal como discutido acima, será também apreciado que alguns dos elementos remanescentes referidos atrás não sejam preferidos devido a problemas de toxicidade. Os elementos mais preferidos são seleccionados do Grupo IIIB, do Grupo IVB e de lantanídeos e possuem um número atómico entre 21 e 72, inclusive.
Com referência particular à utilização do lantânio, demonstrou-se que o lantânio forma um complexo extremamente estável, redox-insensível com o fósforo sob as mais comuns condições ambientais, tornando o fósforo indisponível ao fitoplâncton em sistemas aquáticos e, deste modo, reduzindo potencialmente a magnitude e/ou frequência do florescimento de algas. Com o lantânio ligado ao substrato, o complexo de fosfato de lantânio é eficazmente imobilizado. Além disso, o zircónio forma também um substrato de permuta catiónica útil. Crê-se que uma mistura de catiões compreendendo lantânio e/ou zircónio, opcionalmente com outros elementos das terras raras, possam ser utilizados nos substratos modificados. O material de remediação dos sedimentos do presente invento pode ser utilizado como uma cobertura ou camada reactiva no topo dos sedimentos do fundo em sistemas estuarinos ou de água doce. Devido à elevada capacidade de ligação dos nutrientes do material de remediação dos sedimentos (e na forma preferida à sua capacidade de ligação ao fósforo), a camada do material liga e reduz substancialmente a disponibilidade do armazenamento interno dos nutrientes no sedimento, reduzindo deste modo a carga de nutrientes no curso de água.
Deste modo, o presente invento proporciona adicionalmente um processo de remediação de sedimentos, compreendendo o processo a colocação de uma cobertura ou camada reactiva de um material de remediação de sedimentos no topo dos sedimentos do fundo, compreendendo um substrato mineral dopado, permutado cationicamente, ou modificado com, 8 ΕΡ 1 012 123 /PT ou tendo adsorvido um elemento(s) de complexação de nutrientes seleccionado dos elementos do Grupo IIIB e do Grupo IVB. O material de remediação dos sedimentos pode ser também alterado por adição de ligandos orgânicos e/ou inorgânicos à argila e/ou aos iões intercamada destes, para alterar as suas propriedades quimicas durante uma aplicação particular. Este pode formar complexos com o catião permutado no substrato, resultando no comportamento modificado do material de remediação do sedimento. A colocação da cobertura ou capa reactiva pode ser conseguida utilizando equipamentos e dispositivos conhecidos. Contudo, a forma do material de remediação do sedimento pode ser fisicamente e/ou quimicamente alterada para se adequar a uma aplicação particular. Por exemplo, quando o substrato mineral é uma argila expansível, a argila pode ser aquecida durante tempos variados e a temperaturas variadas (utilizando uma combinação de temperatura e tempo para se conseguir o efeito desejado) de modo a que a argila seja selectiva e adequadamente desidratada.
Crê-se que este passo de desidratação é benéfico porque em vários passos de hidratação pode ainda haver uma permuta significativa (cuja magnitude pode ser controlada) de lantânio (por exemplo) para a solução. A libertação de lantânio pode ser também modificada quer singularmente quer em combinação através de modificações das condições físico-quimicas da solução, tal como o pH e/ou a força iónica. Este lantânio, uma vez libertado em solução, pode ficar então disponível para se ligar ao fósforo na massa de água, deixando o lantânio remanescente na argila para se ligar ao fósforo dos sedimentos ou de outras fontes. Esta forma do invento auxilia a ligação ao fósforo quer na massa de água quer nos sedimentos, à medida que o material sedimenta na água para formar a cobertura reactiva.
Este passo de desidratação pode ser adicionalmente benéfico porque com temperaturas suficientemente elevadas (ca. >900-1000°C) as estruturas da argila podem decompor-se para formar uma variedade de outras fases minerais. Estes 9
ΕΡ 1 012 123 /PT produtos de degradação podem ser também úteis mas ainda têm de ser avaliados.
Em alternativa, o material de remediação dos sedimentos pode ser peletizado e os peletes injectados, colocados no fundo através de meios mecânicos ou outros (e.g. sedimentando através da coluna de água), ou de outro modo misturados com os sedimentos do fundo. Numa tal aplicação, espera-se que o elemento possa ser substancialmente imobilizado dentro da argila expansível removendo qualquer água de hidratação.
Em alternativa, a forma física do material de remediação dos sedimentos pode ser modificada, tal como por peletização, para não apenas modificar o movimento do material sob uma gama de cenários hidrodinâmicos mas também para influenciar a velocidade de libertação e/ou a disponibilidade de lantânio (por exemplo) devido a alterações na área superficial dos peletes.
Pode assim ser verificado que na forma preferida do invento, a argila com lantânio dopado, permutado cationicamente ou modificado, ou outro substrato mineral, possui o potencial de ser utilizado numa variedade de ambientes aquáticos naturais (por exemplo, lagos, rios, estuários), ou ambientes aquáticos artificiais (por exemplo, diques agrícolas, sistemas de aquacultura e/ou efluentes industriais e/ou de esgotos domésticos tratados/não tratados), para reduzir a concentração de fósforo dissolvido e, por seu turno, o crescimento das algas e/ou de biomassa e/ou o crescimento de bactérias e/ou de biomassa e/ou a carência biológica de oxigénio (BOD). O material de remediação dos sedimentos pode ser também utilizado para adsorver/ligar/complexar uma gama de outros aniões/oxianiões em sistemas aquáticos.
Foram realizadas extensas experiências laboratoriais para avaliar uma grande gama de materiais de lantânio dopado, permutado cationicamente ou modificado sob uma grande gama de condições físico-químicas. Os resultados preliminares sugerem que uma saponite modificada com lantânio ou uma bentonite modificada com lantânio (ambas argilas expansíveis comercialmente disponíveis) são os materiais mais 10
ΕΡ 1 012 123 /PT promissores. Demonstrou-se em experiências que estes materiais reduziam as concentrações de fósforo dissolvido em excesso de 90% numa gama de salinidades em testes descontínuos de pequena escala. A aplicação destes materiais a sedimentos obtidos no Swan River na Austrália Ocidental demonstrou uma capacidade de redução do fósforo semelhante em relação a sedimentos não tratados ao longo de um período de sete dias.
Descrição detalhada do invento
Um exemplo preferido particular do processo e material irá agora ser descrito.
Materiais de sedimentação dos sedimentos para fins de avaliação laboratorial foram, de um modo geral, preparados em lotes de 1 g a 5 g. Embora a argila modificada tenha sido apenas preparada à escala laboratorial a técnica de permuta catiónica simples pode facilmente aumentar de escala para produzir grande quantidades.
Geralmente o procedimento envolve a mistura de uma solução de LaCl3 0,1M com bentonite de elevada pureza (e.g. Commercial Minerais CE150 - ca. 90% de bentonite) na razão de 100:1 da razão de solução: sólido (de modo a que um grande excesso de La fique disponível para permuta iónica), num recipiente plástico lavado com ácido. Para produção à escala laboratorial, a solução de LaCl3 e bentonite foram misturados num sistema para rodar frascos durante aproximadamente 24 horas, embora se entenda que o dispositivo de agitação, as razões sólido/solução e/ou a concentração do soluto e as condições físico-químicos possam ser variados para se considerarem os requisitos para o aumento de escala.
Quando se completa a mistura o produto é centrifugado (10000 rpm, 10 minutos) e o líquido sobrenadante é decantado. Uma segunda alíquota de LaCl3 0,1M foi adicionada com a mesma razão solução:sólido e o processo de mistura (permuta iónica) repetido. O material de remediação dos sedimentos permutado cationicamente é então lavado com água destilada e centrifugado. Este processo é repetido um mínimo de três vezes para assegurar a remoção do La em excesso não 11
ΕΡ 1 012 123 /PT permutado. As amostras permutadas cationicamente lavadas são então secas durante a noite num forno a ca. 60°C e armazenadas sob condições estanques ao ar para utilização posterior.
Adicionalmente à avaliação das argilas substituídas com elementos lantanidios (principalmente lantânio), um certo número de outros derivados de argila estão correntemente a serem preparados e avaliados. Estas argilas incluem argilas permutadas com Zr, argilas colunares (utilizando uma variedade de iões - Zr, La etc.) e argilas utilizando iões mistos (e.g. Zr e La). O ZrOCl2 tem sido utilizado para produzir, com sucesso, materiais de remediação com bentonite e saponite, da mesma maneira que apresentada no primeiro exemplo. Um material de remediação de argila permutada ionicamente misto foi produzido utilizando uma mistura de ZrOCl2 e LaCl3.
Embora a bentonite tenha sido utilizada nesta forma de concretização, muitos outros tipos de argila são adequados mas variam na sua capacidade de permutar La (ou Zr) e, deste modo, a sua capacidade de remover fósforo. 0 material de remediação de sedimentos produzido tal como atrás pode ser aplicado por aplicação directa numa massa de água, sendo pulverizado sob forma seca como pó ou como uma pasta na superfície de um curso de água. Em alternativa, o material de remediação de sedimentos pode ser peletizado e aplicado de maneira semelhante. O primeiro resultará na produção de uma camada de cobertura que se sobrepõe aos sedimentos do fundo na massa de água, sujeito a factores tais como a turbulência. O último pode ter vantagem onde possa ser esperado que as condições ambientais possam resultar em material de remediação de sedimentos dispersos ou finamente divididos.
Os peletes podem ser formados por ligação ao substrato modificado. Pode ser potencialmente utilizada uma variedade de ligantes, quer singularmente quer em combinação, para produzir um pelete robusto que seja resistente à dissolução e/ou à abrasão ou que possua uma velocidade controlada de decomposição. Os ligantes que podem ser adequados incluem: 12
ΕΡ 1 012 123 /PT iões de Keggin (polialumínio), amido, silicato de sódio, cimento Portland (ou combinações destes). A calcinação pode ser também potencialmente utilizada para melhorar as propriedades dos peletes após a adição do(s) pelete(s). A formação actual dos peletes pode ser conseguida através de uma variedade de processos (e.g. extrusão através de fieiras ou de matrizes sob a forma de uma pasta ou de um sólido viscoso ou por rotação em moinhos ou semelhantes). O material de remediação dos sedimentos pode ser também directamente aplicado nos sedimentos do fundo, directamente na interface sedimento/água ou em vários níveis dentro da coluna de água. O material de remediação dos sedimentos pode ser também aplicado em combinação com sais sólidos ou dissolvidos de lantânio (por exemplo). Isto permitirá uma redução mais rápida da concentração dos iões livres do oxianião(s) ou anião(s) (alvo) de interesse seguido de uma redução mais sustentada do oxianião(s) ou anião(s) (alvo) de interesse através do material de remediação dos sedimentos. Além disso, os sais sólidos ou dissolvidos podem incluir, ou incluem adicionalmente aos sais do grupo IIIB ou IVB, um sal divalente ou trivalente adicional, sendo um sal divalente adequado um sal de cálcio tal como o nitrato de cálcio, cloreto de cálcio ou uma mistura destes. O efeito de tais sais é o de formar um líquido com a densidade requerida que conterá quer lantânio dissolvido (por exemplo) quer material de remediação dos sedimentos em pó e administrá-lo na profundidade desejada dentro de um sistema aquático (e.g. interface sedimento/água) e auxiliar na prevenção da ressuspensão de ambos os agentes de remediação dos sedimentos dissolvidos e sólidos. Assim, o material pode ser administrado numa profundidade num sistema aquático onde possa ter o seu efeito óptimo desejado. O material de remediação dos sedimentos pode estar contido dentro de geotêxteis semipermeáveis, tais como um material de PVC grosseiramente tecido, para permitir o fluxo de soluto através deste. Os geotêxteis com o material de remediação dos sedimentos contido podem ser suspensos dentro de uma massa de água ou colocados na parte inferior ou nos 13
ΕΡ 1 012 123 /PT lados da massa de água, possivelmente em contacto directo com os sedimentos subjacentes.
Pode ser utilizada qualquer uma das disposições anteriores numa zona húmida artifical/construida ou natural, ou uma represa de tratamento, lago, reservatório, etc.
No exemplo seguinte, um material de remediação dos sedimentos de saponite permutado com La foi experimentado com os sedimentos do fundo e água de rio. Este material de remediação foi produzido utilizando o mesmo processo que descrito para o material de remediação dos sedimentos de bentonite permutado com La. As experiências foram realizadas no laboratório ao longo de 96 horas utilizando 1,0 g de sedimento do Swan River (Maylands, Austrália Ocidental) e 0,1 g de argila modificada ou 30 ml de amostra de água e 0,1 g de argila modificada (Ellen Brook, Avon River e Swan River, Austrália Ocidental). Nas experiências o material de remediação dos sedimentos foi misturado com a amostra. As experiências demonstraram que o material de remediação dos sedimentos pode remover eficazmente os fosfatos de uma variedade de águas naturais e de águas residuais. Um resumo dos resultados da experiência é apresentado na tabela seguinte, que mostra a redução das concentrações de fósforo dissolvido (sob a forma de P04-P) libertado dos sedimentos do fundo do Swan River (Maylands, Austrália Ocidental) ao longo de uma gama de salinidades, e de Ellen Brook, Avon River e Swan River (Austrália Ocidental) após a adição de material de remediação dos sedimentos de La-saponite.
Tipo de amostra (salinidade) P04-P (pg/l) em solução - sem tratamento P04-P (pg/l) -tratamento com argila modificada Sedimento Maylands (0) 120 <5 Sedimento Maylands (5) 120 <5 Sedimento Maylands (30) 130 <5 Água de Ellen Brook (0) 450 9 Água de Avon River (4) 20 <5 Água de Swan River (25) 35 <5
Um certo número de efluentes de esgotos foi também testado. As amostras do efluente final foram recolhidas em duas instalações de tratamento de efluentes de esgotos 14
ΕΡ 1 012 123 /PT (Denmark:, Austrália Ocidental e Subiaco, Austrália Ocidental) e combinadas com material de remediação dos sedimentos de saponite permutado com La, com uma razão de 0,1 g de La-bentonite/30 ml de efluente e misturou-se durante 24 horas. Os resultados que sugerem que o material de remediação dos sedimentos é capaz de remover o fosfato dissolvido do efluente de esgoto, estão resumidos na tabela seguinte:
Tipo de amostra (salinidade) P04-P (mg/1) efluente final - sem tratamento P04-P (mg/1) - tratamento com argila modificada Denmark 3, 49±0,23 0,025±0,00 Subiaco 1,13±0,04 0,025±0,00
As experiências de laboratório sugerem que as duas argilas permutadas cationicamente com La referidas atrás são capazes de reduzir as concentrações de fósforo dissolvido presentes, quer como fosfato dissolvido (numa gama de águas naturais) quer libertado dos sedimentos do fundo em excesso de 90% ao longo de uma gama de salinidades em testes descontínuos de pequena escala. As experiências sugerem que os dois materiais de remediação de sedimentos se ligam rapidamente e fortemente ao fósforo. Crê-se que os complexos de argila-P permutados com La formados nos materiais de remediação de sedimentos são robustos sob uma certa variedade de condições ambientais, tais como no sistema Swan-Canning River. Especificamente, a eficácia das argilas modificadas na ligação a fósforo dissolvido parece ser: . não afectada por uma gama de salinidades (0-35 partes por milhar), • não afectada por um estado redox (condições oxidantes ou redutoras) ou níveis de oxigénio dissolvido (í.e. anoxia a sobressaturação) • capaz de ligação ao fósforo a longo de uma larga gama de pH operacional (ca. 6-10 e provavelmente ca. 5-11) • e crê-se que não seja afectada por acção microbiana a curto prazo. A aplicação de um material de remediação de sedimentos a sedimentos do Swan River demonstrou também uma capacidade de redução de fósforo semelhante à demonstrada em testes in vitro em relação aos sedimentos não tratados ao longo de um 15
ΕΡ 1 012 123 /PT período de sete dias. Imediatamente após a aplicação do material de remediação de sedimentos como cobertura sobre os sedimentos, houve um rápido declínio de P04-P na solução até abaixo dos limites de detecção que foi sustentado durante aproximadamente 150 horas. A robustez do material de remediação de sedimentos na ligação ao fósforo foi evidenciada durante o último passo da experiência onde a anoxia induzida não resultou na libertação do fósforo ligado à argila modificada nos sedimentos da experiência. Capacidades semelhantes para reduzir as concentrações de fósforo em águas sobre os sedimentos devidas à aplicação de materiais de remediação de sedimentos foram também demonstradas no Lake Monger (Perth, Austrália Ocidental) e no Canning River (Perth, Austrália Ocidental), tendo este último uma libertação de fósforo suprimida em excesso de 400 horas.
Existe um grande número de vantagens ao utilizar a argila modificada como material de remediação, em relação e acima da administração simples de soluções aquosas de compostos reactivos. O material de remediação de sedimentos foi desenvolvido utilizando uma argila dado que a argila é um substrato simples para administrar o La (ou outros elementos) numa forma sólida à interface sedimento-água, permitindo a sedimentação através da coluna de água e permitindo que os oxianiões ligados fossem recuperados sob forma sólida. Dado que a argila é um material natural é provável que esteja em harmonia com o ambiente no qual é introduzido dado que os sedimentos de muitos sistemas aquáticos são dominados por argilas ou têm argila como componente significativo.
Lisboa,

Claims (36)

  1. ΕΡ 1 012 123 /PT 1/5 REIVINDICAÇÕES 1. Processo para remediar uma matéria por remoção de fósforo e de poluentes de oxianiões deste, sendo a matéria sedimentos em cursos de água e represas, ou efluentes de estações de tratamento de esgotos, da indústria ou de aquacultura, incluindo o processo o passo de contacto da matéria com um substrato seleccionado de um ou mais de uma argila de aluminosilicato e um zeólito, modificado por permuta catiónica com elemento(s) de complexação seleccionado(s) de elementos do Grupo IIIB, lantanideos e do Grupo IVB.
  2. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, incluindo a adição de um sal solúvel do elemento de complexação seleccionado dos elementos do Grupo IIIB e do Grupo IVB.
  3. 3. Processo de acordo com a reivindicação 2, em que o sal é um sal cloreto ou um sal nitrato ou uma mistura de sais cloreto e nitrato do elemento de complexação.
  4. 4. Processo de acordo com a reivindicação 3, incluindo ainda a adição de um sal divalente, tal como um sal de cálcio ou um sal trivalente.
  5. 5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes em que o substrato possui uma capacidade de permuta catiónica (CEC) superior a 30 miliequivalentes por 100 gramas (meq/lOOg).
  6. 6. Processo de acordo com a reivindicação 5, em que o substrato possui uma capacidade de permuta catiónica (CEC) superior a 100 meq/lOOg.
  7. 7. Processo de acordo com a reivindicação 6, em que o substrato possui uma capacidade de permuta catiónica (CEC) de 150 meq/lOOg ou superior.
  8. 8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, em que o substrato é um substrato natural ou sintético ou uma mistura de substratos. ΕΡ 1 012 123 /PT 2/5
  9. 9. Processo de acordo com a reivindicação 8, em que o substrato mineral é uma argila expansível, tal como saponite, bentonite ou vermiculite, ou um mineral argiloso fibroso do tipo cadeia, tal como atapulgite, sepiolite ou paligorskite ou uma mistura de qualquer um de tais substratos.
  10. 10. Processo de acordo com a reivindicação 9, em que o substrato mineral inclui zeólito.
  11. 11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, em que o substrato mineral foi pré-tratado com um ácido concentrado (e.g. HC1, H2S04) para remover uma grande proporção dos catiões intercamada, antes de ser modificado com o referido elemento de complexação.
  12. 12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes em que o elemento de complexação compreende um ou mais de lantânio, cério, praseodímio, neodímio, promécio, samário, európio, gadolínio, térbio, disprósio, hólmio, érbio, túlio, ítrio, itérbio, lutécio, zircónio e háfnio.
  13. 13. Processo de acordo com a reivindicação 12, em que o elemento de complexação compreende lantânio.
  14. 14. Processo de acordo com a reivindicação 12, em que o elemento de complexação compreende zircónio.
  15. 15. Processo de acordo com a reivindicação 12, em que o elemento de complexação compreende uma mistura de lantânio e de zircónio.
  16. 16. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o material de remediação de sedimentos é alterado por adição de ligandos orgânicos e/ou inorgânicos para alterar as suas propriedades químicas para uma aplicação particular.
  17. 17. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o material de remediação é aplicado sob a forma de um pó seco, peletes, ou como uma pasta húmida na superfície da massa de água. ΕΡ 1 012 123 /PT 3/5
  18. 18. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o material de remediação é aplicado directamente na superfície dos sedimentos do fundo de uma massa de áqua.
  19. 19. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o material de remediação é injectado nos sedimentos do fundo de uma massa de água.
  20. 20. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, em que o material de remediação forma uma camada de cobertura sobre a superfície dos sedimentos do fundo da massa de água.
  21. 21. Processo de acordo com a reivindicação 20, em que a camada de cobertura possui uma espessura na gama entre 0,5 mm e 5 mm.
  22. 22. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, em que o material de remediação está ensanduichado entre geotêxteis, tais como membranas permeáveis à água ou um tecido plástico, tal como um tecido ou têxtil de PVC.
  23. 23. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, em que o material de remediação é peletizado e ensanduichado entre as superfícies das malhas com aberturas inferiores aos peletes, de modo a acomodar um elevado fluxo de soluto enquanto ai retém o material de remediação.
  24. 24. Material de remediação para utilização das cargas de fósforo e ou de oxianiões poluentes numa matéria, compreendendo o material de remediação um substrato seleccionado de um ou mais de uma argila de aluminosilicato e um zeólito, modificado por permuta catiónica com elemento(s) de complexação seleccionado(s) do Grupo IIIB, lantanídeos e elementos do Grupo IVB.
  25. 25. Material de remediação de acordo com a reivindicação 24, em que o substrato possui uma capacidade de permuta catiónica (CEC) superior a 30 miliequivalentes por 100 gramas ΕΡ 1 012 123 /PT 4/5 (meq/100g).
  26. 26. Material de remediação de acordo com a reivindicação 24, em que o substrato possui uma capacidade de permuta catiónica (CEC) superior a 100 meq/lOOg.
  27. 27. Material de remediação de acordo com a reivindicação 24, em que o substrato possui uma capacidade de permuta catiónica (CEC) de 150 meq/lOOg ou superior.
  28. 28. Material de remediação de acordo com qualquer uma das reivindicações 24 a 27, em que o substrato é um substrato mineral natural ou sintético ou uma mistura de substratos minerais.
  29. 29. Material de remediação de acordo com a reivindicação 28, em que o substrato mineral é uma argila expansível tal como saponite, bentonite ou vermiculite, ou um mineral argiloso fibroso do tipo cadeia, tal como atapulgite, sepiolite ou paligorskite ou uma mistura de qualquer um de tais substratos.
  30. 30. Material de remediação de acordo com a reivindicação 28, em que o substrato mineral inclui zeólito.
  31. 31. Material de remediação de acordo com qualquer uma das reivindicações 28 a 30, em que o substrato mineral foi pré-tratado com um ácido concentrado (e.g. HC1, H2S04) para remover uma grande proporção dos catiões intercamada, antes de ser modificado com o referido elemento de complexação.
  32. 32. Material de remediação de acordo com qualquer uma das reivindicações 24 a 31, em que o elemento de complexação compreende um ou mais de lantânio, cério, praseodímio, neodímio, promécio, samário, európio, gadolínio, térbio, disprósio, hólmio, érbio, túlio, ítrio, itérbio, lutécio, zircónio e háfnio.
  33. 33. Material de remediação de acordo com a reivindicação 32, em que o elemento de complexação compreende lantânio. ΕΡ 1 012 123 /PT 5/5
  34. 34. Material de remediação de acordo com a reivindicação 32, em que o elemento de complexação compreende zircónio.
  35. 35. Material de remediação de acordo com a reivindicação 32, em que o elemento de complexação compreende uma mistura de lantânio e zircónio.
  36. 36. Material de remediação de acordo com qualquer uma das reivindicações 24 a 35, alterado por adição de ligandos orgânicos e/ou inorgânicos. Lisboa,
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