tratamento de efluentes industriais

Tratamento de Efluentes Industriais

Prof. LuizProf. Luiz Alberto Alberto Cesar TeixeiraCesar Teixeira

Departamento de Ciência do Materiais e MetalurgiaDepartamento de Ciência do Materiais e Metalurgia

Progr. Interdep. de Engenharia AmbientalProgr. Interdep. de Engenharia Ambiental

Revisão 01/03/2006Revisão 01/03/2006

Indústria

Matéria PrimaMatéria Primainsumosinsumos

ProdutosProdutos Emissões GasosasEmissões GasosasResíduos SólidosResíduos SólidosEfluentes LíquidosEfluentes Líquidos

EnergiaEnergiaÁguaÁguaProdutos QuímicosProdutos QuímicosMateriaisMateriaisDiversosDiversos

ETAETA

ETEETE TRTR

Uso de Água e Geração de Efluentes na Indústria

Rio

Usos de Água na Indústria:

Incorporação em Produtos (Águas de Produto)Bebidas, AlimentosTintasProdutos Químicos em solução aquosaMedicamentosCosméticos

Processos Fis-Qui de Produção (Águas de Processo)

Tratamento de MinériosExtração e Refino de Petróleo

HidrometalurgiaEletrometalurgia

Produção e Alvejamento de CeluloseAlvejamento e Tingimento Têxtil

Produção de ResinasLavagem de Produtos

Tratamento de SuperfíciesTratamento de Gases

Usos de Água na Indústria:

Veículo de Lubrificação de Equipamentos

Aquecimento (Águas de Caldeira)

Resfriamento (Águas de Refrigeração)

Lavagem de pátios e Abatimento de poeira

Lavagem de frutas / hortaliças

Irrigação de culturas

Água Potável

Por quê tratar efluentes antes do seu descarte em corpos receptores

Objetivo: Conservação dos ecossistemas.

Obrigação legal em todo o mundo – a eventual atitude voluntária deempresas nunca seria suficiente para assegurar o objetivo.

No Brasil e em vários países, a legislação ambiental regula o descarte de efluentes sobre corpos d’água limitando a cargapoluidora lançada de acordo com o tipo de uso estabelecidopara a água do corpo receptor (classe da água).

Além disso, órgãos internacionais de financiamento deempreendimentos como o Banco Mundial, adotam normas próprias de limitação de poluição causada por indústrias quetenham sua construção financiada.

Antes de iniciar qualquer projeto de tratamento de efluentes

Tomar conhecimento da legislação aplicávelFederalEstadualMunicipal

- Além de eventuais condicionantes adicionais.

Avaliar possibilidade de minimização da geração da carga poluidora - (P + L)

Avaliar possibilidade do reuso da água do efluente.

Em busca da Legislação Aplicável:

• MMA

• CONAMA

• ANA

• FEEMA (no RJ)

• SMMA (PRJ)

Resolução CONAMA 357 / 2005 - Classes de Águas e Descarte de Efluentes

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Cálculos básicos para projetos de ETEs

Exemplo 1:

Calcular a Carga poluidora máxima de cromo suportável por um rio de Classe 2 e vazão de referência: QM = 10’000 m3/h.

Exemplo 2:

Um rio de vazão de referência QM = 50 L/s, que é classificado para uso de Classe 2 emum determinado trecho de 100 km, já apresenta contaminação por CN igual a [CN] = 0.0009 mg/L. Uma fábrica que está solicitando licença prévia para futura operação naregião com descarte de efluente contendo CN neste mesmo rio, prevê em projeto, o descarte de Qe = 500 m3/h de efluente contendo CN com concentração dentro do padrão de lançamento de efluentes, ou seja menor ou igual a 0.2 mg/L. Calcular se (e em que condições) essa operação poderá vir a ser licenciada de acordo com a Resolução CONAMA 357/05.

Cálculos básicos para projetos de ETEs

Exemplo 3:

Uma indústria gera um efluente líquido decorrente de um banho esgotado de

decapagem de latões, de volume = 10 m3, uma vez ao dia. Esse efluente será

tratado e desaguado em um córrego de Classe 2 que tem vazão de referência Q =

5 m3/h e apresenta uma concentração natural média de [Cu]=0.001 mg/L e

[Zn]=0.001 mg/L. Pede-se esquematizar as características necessárias para o

efluente tratado (concentrações máximas dos metais) e regime de lançamento

necessário, para atender às disposições da legislação.

Os padrões a serem considerados para o corpo receptor são: [Cu]=0.009 mg/L e

[Zn]=0.18 mg/L.

Conceitos de OD, DQO e DBO

• Necessidade de proteção da vida aquática / assegurar padrões mínimos de OD de modo a não se ter mortandade de peixes e outros organismos Adoção dos conceitos, mensuração e controle de DQO e DBO.

• DQO = demanda total de O2 devido a substâncias recalcitrantes (não-bio-degradáveis) + demanda de O2 devido a substâncias bio-oxidáveis (DBO)

Cálculos básicos para projetos de ETEs

Exemplo 4:Calcular o valor máximo da DBO de um efluente industrial – gerado em vazão

contínua de 100 m3/h (24 h/d), para que o mesmo possa ser lançado em um riode classe 2, com vazão de referência igual a 100 L/s. Resposta = 20.4 mg/L

Exemplo 5:• Uma indústria galvânica fabrica peças de aço cromado de acordo com a

seguinte seqüencia de operações: [1] desengraxe com solução de NaOH; [2] lavagem com água das peças desengraxadas; [3] decapagem ácida (H2SO4) para remoção de ferrugem superficial; [4] lavagem com água das peçasdecapadas; [5] cobreamento eletrolítico das peças com eletrólito alcalino de Cu(CN)2; [6] lavagem com água das peças cobreadas; [7] cromagem eletrolíticadas peças com eletrólito ácido de CrO3; [8] lavagem final com água e [9] secagem.

• As águas de lavagem são geradas continuamente, cada uma com vazão de 10 m3/h. Uma vez a cada 60 dias, os banhos de desengraxe, decapagem, cobreamento e cromagem (cada banho tem 10 m3), tem que ser descartadospara que banhos novos sejam preparados. Sabe-se que os efluentes geradosnessa indústria serão tratados e lançados em um rio de classe 2 com vazão de referência QM = 100 m3/h. Pede-se: (1) identificar os contaminantes queprecisarão ser controlados na ETE; (2) Estabelecer o regime de lançamento dos efluentes (Qe); (3) Calcular as concentrações máximas dos elementoscontrolados no efluente final para que o mesmo possa ser lançado emconformidade legal. Supor que a montante do lançamento o rio não apresentacontaminação com os elementos contidos no efluente.

Descartar ou Reutilizar água industrial ?

io

TA 1 (trat. Água bruta)

TA 2 (cond. p/ água refri)

TA 3 (cond. p/ água cald)efrigeração do processo

orre de Resfriamento

aldeira

Gerenciamento de Efluentes / Princípios de Projeto de ETEs

Caso genérico: Indústria gerando diversos tipos de efluentes líquidos de características físico-químicas diversas e vazões variáveis .

Caracterizar os efluentes quanto a aspectos físico-químicos (pH, [substâncias controladas], DBO, DQO, SS, temperatura, vazão, ….(valores médios e distribuição)

Verificar limites legais para descarte e demais dispositivos legais aplicáveis (níveis federal / estadual / municipal).

Verificar junto ao Orgão de Controle Ambiental: classe do corpo receptor, vazão de referência.

Verificar necessidade de tanque(s) de equalização

Verificar possibilidade de inter diluição / neutralização de efluentes

Calcular limites operacionais para descarte

Fazer levantamento de métodos analíticos aplicáveis (operacionais e legais)

Selecionar tecnologias de tratamento / avaliar eficiência, simplicidade operacional, custos, disponibilidade de reagentes, assistência técnica, manutenção,

Atenção aos tratamentos extremos: osmose reversa + secagem / incineração / disposição final de resíduos

Executar ensaios de tratabilidade em laboratório

Executar testes planta-piloto >> parâmetros para projeto da ETE

Rever custos / eficiência

Montar projeto executivo

Executar construção / montagem

Partida da ETE

Operação regular

Físico-Química de Soluções Aquosas

Revisão dos Conceitos:

Físico-Química da Água / Estrutura molecular / Formação de íons (Arrhenius) / solvatação / Auto-Protonação da Água / Produto Iônico / Efeito da T em Kw / Acidez e Alcalinidade (Arrhenius, Bronsted + Lowrie, Lewis) / Escalas de Acidez / pH / Eletrólitos / Diagramas de Distribuição (α x pH) / Equilíbrio Iônico em Soluções / Íons Complexos / Diagramas α x log [L] / Solubilidade (sais, hidróxidos, sulfetos) / Efeitos de Íon Comum e Complexantes / Diagramas Log [M] x pH / Oxi-Redução / Equação de Nernst / Diagramas de Pourbaix (eH x pH) / medição de pH e eH

Fundamentos de Química Aquosa

• Solução, Soluto e SolventeSolução é uma mistura homogênea (sistema monofásico) constituída de duas ou mais substâncias químicas. Em uma solução, o dispergente é chamado de solvente e o disperso, de soluto.

• SuspensãoSuspensão é um sistema constituído por uma fase líquida ou gasosa na qual está dispersa uma fase sólida com partículas de dimensões superiores às de um colóide, e que sedimentam, com maior ou menos rapidez, sob a ação da gravidade.

- Dispersões: partículas suspensas ou suspensõesAs dispersões apresentam partículas dispersas com diâmetro médio superior a

1 µm, o que permite a visualização das mesmas a olho nu ou utilizando microscópio comum.

• Dispersóides: colóides ou soluções coloidaisOs colóides apresentam partículas bem definidas quimicamente, com diâmetro médio compreendido entre 10-³ µm e 1 µm, visíveis somente com microscópio eletrônico.

Concentração das Soluções• Concentração Comum (C)

C = massa de soluto (g) (g/L)volume da solução (L)

• Molaridade (M)M = número de moles de soluto (Mol/L) ou molar

volume da solução (L)• Normalidade (N)

N = número de equivalente – grama (eq-g/L) ou normalvolume da solução (L)

n e = massa em gramasequivalente gramas

Eg = Átomo – gramaValência

Equilíbrios Ácido - Base• Dissociação de Ácidos Fracos

ArrheniusHA (aq)= H+ (aq) + A– (aq)

Brönsted – LowryHA(aq) + H2O( l )= H3O+(aq) + A– (aq)

Ka = [H+] x [A-][HA]

A força de um ácido, isto é, seu grau de ionização em solução, é indicada pela magnitude de Ka. Quanto mais fraco for o ácido, menor será o valor de Ka. No caso de polipróticos, haverá mais de uma constante de dissociação. Isto porque a ionização de um ácido poliprótico ocorre em etapas, e cada etapa tem um valor para Ka. Por exemplo, para o ácido sulfuroso, tem-se:

H2SO3 (aq) + H2O ( l ) = H3O+ (aq) + HSO3-(aq) (Ka1 = 1,3 x 10 -²)

HSO3- (aq) + H2O ( l ) = H3O+ (aq) + SO²- (aq) (Ka2 = 6,3 x 10-8)

Dissociação de Bases Fracas

• ArrheniusBOH(aq) = B+

(aq) + OH-(aq)

• Brönsted – Lowry enfatiza o fato de a base agir como receptora de um próton da água:

BOH(aq) + H2O (l) = BH+(aq) + OH-

(aq)

Kb = [BH+] x [OH-][BOH]

Sabe-se que moléculas NH4OH não existem, pois elas não só não podem ser isoladas como substância pura, como também pode ser demonstrado que essas moléculas tampouco existem em solução. Por isso, a amônia é tratada como uma base de Brönsted - Lowry:

NH3(aq) + H2O(l) = NH+4(aq) + OH-

(aq)

Para essa reação a condição do equilíbrio (Kb) é: [NH+4][OH-]/[NH3]

Produto Iônico da Água (Kw) – pH e pOH

H2O(l) + H2O(l) = H3O+(aq) + OH-

(aq)

Kw = [H+] x [OH-] = 10-14

Para medir a força ácido-básica de uma solução, utiliza-se uma escala de pH, que varia de 0 a 14. O pH é definido como o logaritmo negativo da concentração hidrogeniônica [H+]. Com o conceito de pH pode-se introduzir outro, o pOH, que, por analogia, é definido como o logaritmo negativo da concentração hidroxiliônica [OH-]. A soma de pH + pOH resulta igual a 14.

• Soluções ácidas: a concentração de íons H3O+ é superior à de íons OH- (pH < 7).• Soluções básicas: a concentração de íons H3O+ é inferior à de íons OH- (pH > 7).• Soluções neutras: a concentração de íons H3O+ é igual à de íons OH- (pH = 7).

Hidrólise de Íons

A hidrólise é uma reação entre um ânion ou um cátion e a água, com fornecimento de íons OH- ou H+ para a solução.

• Hidrólise de ÂnionsA-

(aq) + H2O = HA(aq) + OH-(aq)

• Hidrólise de CátionsM+

(aq) + H2O(l) = MOH(aq) + H+(aq)

pH de Soluções de Sais

Quando um sal se dissolve na água, o pH resultante pode ser básico, ácido ou neutro, dependendo da natureza do sal:

Se for um sal de ácido forte e base forte, o pH é próximo de 7 (neutro), e nenhum dos íons hidrolisa. Exemplo: NaCl, K2SO4Se for um sal de ácido fraco e base forte, a solução é básica (pH > 7), pois somente o ânion hidrolisa, aumentando a concentração de íons OH-. Exemplo: NaF, K(CH3COO). Se for um sal de ácido forte e base fraca, a solução é ácida (pH < 7), pois somente o cátion hidrolisa, aumentando a concentração de íons H3O+. Exemplo: NH4Cl, Al2(SO4)3. No caso de um sal de ácido e base fracos, ambos os íons sofrerão hidrólise; para determinar o pH da solução, é necessário conhecer os valores de Kh para o ânion e para o cátion.

Modelagem de Especiação em EfluentesLíquidos Aquosos

• Procedimento:

– Listar as espécies presentes no sistema.– Equacionar as constantes dos equilíbrios presentes.– Equacionar os balanços de massas das espécies conjugadas e

complexadas.– Equacionar o balanço de cargas.

Efeito Tampão

– Uma solução tampão é uma solução que sofre pequena variação de pH quando a ela são adicionados íons H+ ou OH-. É uma solução que contém um ácido e sua base conjugada em concentrações aproximadamente iguais.

Produto de Solubilidade

• DefiniçãoA solubilidade é a capacidade de uma substância se dissolver em outra. Essa capacidade é limitada no que diz respeito à dissolução de sólido em líquido. A solubilidade de uma substância depende de vários fatores, como temperatura, pressão, concentração de outros materiais na solução e composição de solvente.

MA(s) = M+ + A-(aq)[M+][A-]/[MA] = Kps

[M+][A-]: produto iônicoKps(ou Ks): constante do equilíbrio, chamada de produto de solubilidade.

Kps = [M+][A-]

• Diagramas de Equilíbrio

Os coagulantes usados nas Estações de Tratamento de Água (ETAs) são, na maioria das vezes, sais de alumínio e de ferro, é importante estudar as espécies hidrolisadas que poderão estar presentes em um determinado valor de pH, pois os mecanismos da coagulação dependem delas.

Me(H2O)3+6 = Me(H2O)5OH2+(aq) + H+

Me3+(aq) = Me(OH)2+(aq) + H+(aq)

Me3+(aq) = Me(OH)+2 + 2H+(aq)

Me3+(aq) = Me(OH)03 + 3H+(aq)

Me3+(aq) = Me(OH)-4 + 4H+(aq)

Diagramas de Pourbaix

• Para uma reação eletroquímica qualquer:

∆G = - neF

• como: ∆G = ∆Go + RT ln Q

então: e = eo – (RT/nF) ln Q

• Para uma reação qualquer de meia-célulado tipo:

a Ox + m H+(aq) + n e- = b Red + c H2O

teremos (equação de Nernst):

e = eo – (RT/nF) ln ({Red}b / ({Ox}a [H+]m))

Particularizando essa equação paraT = 298 K, constantes R e F em unidades SI, transformando ln em log, e considerando quepH = - log [H+], temos:

e = eo – 0.059 (m/n) log ({Red}b/{Ox}a) – 0.059(m/n) pH

onde:

a Ox + m H+(aq) + n e- = b Red + c H2O

Valores de atividades: {Red} e {Ox}:– Sólidos puros: a = 1– Gases: a = Pi (atm)– Espécies aquosas: a = [espécie] (molar)

Arbitrando-se as atividades das espécies emvalores constantes, tem-se:

e = eo – 0.059 (m/n) log ({Red}b/{Ox}a) – 0.059(m/n) pH

e = a – b pH - equação de reta em diagrama e x pH

Exemplo:

Diagrama do equilíbrio entre Fe2+ e Fe(OH)3 (s)

No formato:

a Ox + m a Ox + m HH++(aq(aq) + n e) + n e-- = b Red + c H= b Red + c H22OO

A A equaçãoequação assume a assume a seguinteseguinte forma:forma:

Fe(OH)Fe(OH)33 (s) + 3 H(s) + 3 H++ (aq) + e(aq) + e-- = Fe= Fe2+2+ (aq) + 3 H(aq) + 3 H22OO

Com:Com:

e = e = eeoo –– 0.059(3/1) log [Fe0.059(3/1) log [Fe2+2+] ] –– 0.059(3/1) pH0.059(3/1) pH

Para [Fe2+] arbitrado como 1 molar tem-se:

Construção dos Diagramas:

Fe(OH)Fe(OH)33 (s) + 3 H(s) + 3 H++ (aq) + e(aq) + e-- = Fe= Fe2+2+ (aq) + 3 H(aq) + 3 H22OO

e = e = eeoo –– 0.059(3/1) log [Fe0.059(3/1) log [Fe2+2+] ] –– 0.059(3/1) pH0.059(3/1) pH

• Construção dos Diagramas:

– Listar as espécies participantes em pares de equilíbrio

– Calcular eo para cada par e a respectivaequação de Nernst

– Arbitrar se necessário valores para as atividades das espécies dissolvidas

– Plotar as equações de Nernst

Diagrama Simples

Formação de Hidroxocomplexos

Efeito da Concentração de Espécies Dissolvidas

Medição de eH e pH

• pH eletrodo de vidro combinado com eletrodo de ref Ag/AgCL

• Calibração com soluções tampão pH conhecidos• Problemas típicos de instabilidade de medidas:

• Entupimento ponte salina• Contaminação do eletrólito de KCL• Depósitos de precipitados sobre membrana de vidro

• eH eletrodo de Pt combinado com eletrodo de ref

• Calibração com solução Fe2+/Fe3+ de eH conhecido• Problemas de medidas semelhantes ao do pH + reação com

eletrodo Pt• eH = e medido + 200 mV (eletrodo ref Ag/AgCL) ou• eH = e medido + 240 mV (eletrodo ref Calomelano sat)

Estudo de Caso: Remoção de Fe

Estudo de Caso: Remoção de Mn

Estudo de Caso: Remoção de Zn

Estudo de Caso: Remoção de Pb

Estudo de Caso: Remoção de Pb

Estudo de Caso: Oxidação de H2S

Estudo de Caso: Remoção de Mo

Estudo de Caso: Remoção de Mo

Tratamento de Efluentes Líquidos:

Remoção de Sólidos em SuspensãoFiltração

Remoção de Contaminantes OrgânicosOxidação BiológicaOxidação Química

Matéria Orgânica + Oxidante = CO2

Remoção de Contaminantes Inorgânicos

Neutralização Ácido / Base

H+ (efluente) + OH- (base adicionada) = H2O

até pH = 5-9

Precipitação de Metais / Hidróxidos / Sulfetos

M2+ (efluente ácido) + OH- (base adicionada) = M(OH)2

M2+ (efluente) + S2- (Na2S) = MS

Pb2+ (efluente) + CO32- = PbCO3

após precipitação de metais >> filtração

Oxidação de Cianetos

CN- (efluente) + H2O2 = CNO- + H2O

CNO- + 2H2O = NH4+ + CO3

2-

Oxidação de Nitritos, Sulfitos, Sulfetos

NO2- (efluente) + H2O2 = NO3

- + H2O

SO32- (efluente) + H2O2 = SO4

2- + H2O

Remoção de Fosfatos

2 PO43- (efluente) + 3 Ca2+ (CaCl2) = Ca3(PO4)2

Equipamentos / Reatores / Estações de Tratamento

Exemplo:

Um efluente metalúrgico tem a seguinte composição:[Ni] = 5 molar ; [Co] = 0.1 molar ; [Mn] = 1 molar ; pH = 3Estabeleça a sequência de valores de pH que permita a precipitação dos hidróxidos desses metais em quantidades máximas e mais puras possíveis, pela adição controlada de solução concentrada de NaOH (base forte).

Pede-se ainda prever qualitativamente a composição de cada batelada de hidróxido produzida nesse processo sequencial composto de 3 precipitações e 3 filtrações.

Dados - produtos de solubilidades dos hidróxidos:Ni(OH)2 --- 6.3x10-18Co(OH)2 --- 2.5x10-16Mn(OH)2 --- 1.6x10-13

Reutilização de Água na Indústria

Objetivo: Redução de Custos

Estratégia de Projeto:Inventário dos consumos e características para cada aplicação

Água PotávelÁgua para lavagem de pátiosÁgua para utilização industrial

Preparação de Soluções de ProcessosRefrigeração / AquecimentoLubrificação / ResfriamentoLavagem de Peças

Inventário das Águas Servidas / Residuárias

Esgoto Sanitário

Efluentes da Produção

Avaliação da Água Resultante da Estação de Tratamento de Efluentes

Avaliação do Re-uso da Água Tratada

Balanço:

[Pot.] + [Lav.] + [Ind] + [Efl. Descartado] = [Nova] + [Reciclada]

Reuso de Águas e Efluentes na IndústriaReuso de Águas e Efluentes na Indústria

MatériaMatéria PrimaPrima

Indústria

insumosinsumos

ProdutosProdutos EmissõesEmissões GasosasGasosasResíduosResíduos SólidosSólidosEfluentesEfluentes LíquidosLíquidos

EnergiaEnergiaÁguaÁguaProdutosProdutos QuímicosQuímicosMateriaisMateriaisDiversosDiversos

ETAETA

ETEETE TRTR

Objetivos do Reuso:Objetivos do Reuso:Condição para LicenciamentoMinimização do Custo de Água (CA)Redução de Custos de Trat. de Efluentes (TE)Conservação de Recursos Naturais

Custo da Água na Indústria sem ReusoCusto da Água na Indústria sem Reuso

CA = Água Nova + TA + TE + Descarte

AN+TA+DE = 7 a 10 R$/m3 (SABESP acima de 50 m3/mês)AN+DE = 0.008 a 0.28 R$/m3 (ANA Paraíba do Sul)

Custo da Água na Indústria com Reuso:Custo da Água na Indústria com Reuso:

CA = Água Nova + TA + TR + TE + Descarte

Condicionantes Econômicos:Condicionantes Econômicos:TR (custo do trat. reuso) tem que estar associado à redução de

AN+TA+TE+Descartede modo que CA com reuso seja menor do que CA sem reuso.

Custos de Resíduos de TA, TE e TR também tem que ser considerados.

Mas TR pode ser maior em casos de condição para licenciamento.

Custo de ÁguaCusto de Águasem Reuso sem Reuso vsvs com Reusocom Reuso

ANAN

TATA

TETE

DEDE

ObrigaçãoObrigação LegalLegal

ANAN

TATA

TRTR

TETE

DEDE CACA($)($)NecessidadeNecessidade do do processoprocesso

NecessidadeNecessidade do do processoprocesso

AspectosAspectos a a considerarconsiderar emem PlanosPlanos dedeUsoUso e e ReusoReuso de de ÁguasÁguas

•• ReduçãoRedução / / RacionalizaçãoRacionalização do do usouso de de águaágua nana produçãoprodução

•• ProduçãoProdução + + LimpaLimpa

ReduçãoRedução dada contaminaçãocontaminação dada águaágua nana produçãoproduçãoUtilizaçãoUtilização de de TecnologiasTecnologias LimpasLimpasUtilizaçãoUtilização de de ReagentesReagentes QuímicosQuímicos ““LimposLimpos””ReduçãoRedução de de ResíduosResíduos InaproveitáveisInaproveitáveis

TodosTodos essesesses fatoresfatores objetivamobjetivam a a ReduçãoRedução de de CustosCustose e ConservaçãoConservação de de RecursosRecursos NaturaisNaturais

ProcessosProcessos de de TratamentoTratamento de de ÁguasÁguas e e EfluentesEfluentes

RemoçãoRemoção de de SólidosSólidos e e ColóidesColóides

TratamentosTratamentos BiocidasBiocidas

RemoçãoRemoção de de ContaminantesContaminantes DissolvidosDissolvidosTratamentosTratamentos BiológicosBiológicosMembranasMembranas (OR / ultra e (OR / ultra e nanonano--filtraçãofiltração))FlotaçãoFlotação porpor ArAr DissolvidoDissolvidoResinasResinasPrecipitaçãoPrecipitação / / CoagulaçãoCoagulação / / FloculaçãoFloculaçãoTratamentosTratamentos EletroquímicosEletroquímicosOxidaçãoOxidação QuímicaQuímica

.........

Osmose ReversaNano e Ultrafiltração

Pedro Henrique de SousaFCPI 2004

1.1. Considerações GeraisConsiderações Gerais

• São processos utilizados para a remoção de partículas de um solvente (filtram).• Utilizam-se da tecnologia de membranas semi-permeáveis, que funcionam como um filtro, deixando a água passar por seus poros, impedindo a passagem de sólidos dissolvidos.

• Quanto menor o poro, maior terá que ser a pressão exercida, logo maior o custo.

• Cada processo estará associado a um tamanho de poro, que, por sua vez, filtrará partículas de um determinado tamanho (espectro de filtração).

4.4. Osmose ReversaOsmose Reversa

• Utiliza uma membrana para separar preferencialmente fluidos ou íons diferentes.

• Inversão do fluxo osmótico natural mediante a aplicação de uma pressão da grandeza de 200-800psi.

• Necessita de considerável quantidade de energia.• Também chamada de hiperfiltração, é o processo mais eficiente de filtração conhecido.• Separa toda partícula de peso molecular maior que 150 daltons (bactérias, sais, açucares, vírus, proteínas... ).• Pode ser usada para purificar fluidos como etanol e glicol(46 daltons).

• Produz água potável com as mais rígidas especificações.

• Dessalinização da água do mar ou salobras de alta salinidade.

• É usada na purificação de água para diálise.• Fabricação de medicamentos.

Como funciona?Como funciona?

• Duas soluções, de concentrações diferentes, separadas por uma membrana semi-permeável:

I. Ocorre a Osmose.

II. Atinge-se o equilíbrio osmótico.

III. Aplica-se uma pressão afim de vencer a pressão osmótica.

3.3. NanofiltraçãoNanofiltração

• Utiliza uma membrana para separar preferencialmente fluidos ou íons diferentes.• É capaz de concentrar constituintes que tenham um peso molecular maior do que 1,000 daltons (açucares, virus, saisbivalentes, bacteria, proteinas, corantes...).• Necessita de uma pressão em torno de 50-225 psi, requerendo menos energia do que a osmose reversa para realizar a separação.• Comumente usada quando a alta rejeição para sais da osmose reversa não é necessária.

• É permeável entre 15-90% para sais e efluentes orgânicos de peso molecular entre 300-1000daltons.• Mais econômica para a remoção de ácidos pertencentes àfamília de ácidos húmicos e fúlvicos da água potável. (responsaveis pela cor).• Abrandamento da dureza total da água (remoção de CaCO3).• Recuperação de açúcares de efluentes.

4.4. UltrafiltraçãoUltrafiltração

• Utiliza uma membrana para separação sólido/líquido e eliminação de partículas• Filtra constituintes que tenham um peso molecular maior do que 10,000 daltons (bactéria, algumas proteínas, alguns corantes...).• Necessita de uma pressão em torno de 10-100 psi, requerendo menos energia do que a nanofiltração para realizar a separação.• Comumente usada para separar uma solução que se queira reaproveitar um dos componentes da mistura.• É muito usado como pré-tratamento para a osmose reversa.

• Não é muito eficiente para separar efluentes orgânicos.• Recuperação de óleos.• Recuperação de proteínas em derivados lácteos.• Recuperação de tintas de pintura por eletroforese.

5.5. Considerações FinaisConsiderações Finais

• A filtração utilizada nas membranas é tangencial. Existe uma velocidade que empurra a solução contra a membrana e outra de circulação que tenta evitar depósitos que podem entupir a membrana.

• Para limpar a membrana é utilizado um fluxo contrario do permeado.

• A separação por membrana é uma tecnologia que tem aplicações industriais infindáveis possibilitando a remoção total de contaminantes das águas servidas, permitindo sua reciclagem, reduzindo o consumo e evitando portanto a poluição ao meio ambiente.

•• AplicaAplicaçção em alguns segmentos industriais:ão em alguns segmentos industriais:

MetalúrgicaMetalúrgicaPintura de eletrodeposição.

Recuperação de sais metálicos de enxaguadura de peças.

Tratamento de efluentes com óleos de corte.

Concentração de sais para reuso ou descarte reuso de água purificada.

LaticíniosLaticíniosUltrafiltração de leite integral e

desnatado para aumentar rendimento na produção de queijo.

Concentração, recuperação e dessalinização da lactose.

Fracionamento de soro para concentrado protéicos.

Água purificada para higienização.

QuímicaQuímicaÁgua para caldeiras.

Pré-tratamento para troca iônica.

Fracionamento de produtos.

Dessanilização de corantes, tintas e produtos de química fina.

Retirada de água de soluções a temperatura ambiente e baixo consumo energético.

Alimentícia e de bebidaAlimentícia e de bebidaÁgua de baixo teor de sódio

para produção de refrigerantes.

Água para produção de cerveja.

Recuperação de açucares e outros produtos e fluentes.

Concentração de sucos: laranja, tomate, maça, abacaxi, etc.

Purificação e concentração de gelatina.

Fracionamento e concentração de albumina de ovos, proteínas animais, peixes e vegetais.

Remoção de voláteis para aprimorar o gosto do café.

Concentração de agentes espessantes (Agar, pectina, etc).

Farmacêutica e CosméticosFarmacêutica e CosméticosFracionamento e concentração

de sangue, plasma, albumina e globulina.

Água ultrapura para injetáveis, dialise e de uso farmacêutico geral.

Separação e concentração de microsolutos tais como: antibióticos, vacinas, vitaminas e ácidos orgânicos.

Papel e CelulosePapel e CelulosePurificação de água de

alimentação.

Recuperação do óxido de titânio.

Fracionamento, concentração e recuperação de lignosulfonatos do liquor usado.

TêxtilTêxtilÁgua para processo.

Recuperação de álcali.

Água para banhos de corantes.

• Combinando Micro, Ultra, Nanofiltraçãopraticamente qualquer água pode ser no meio ambiente

e Osmose tratada para um descarte seguro

Reversa, Combinação de Ultrafiltragem e Osmose Reversa para o aproveitamento total do efluente.

Amostra da água de alimentação do UF, o Concentrado do UF e o permeado do RO.

Tratamento de Efluentes Líquidos:Remoção de Sólidos em Suspensão

Coagulação / Floculação / DecantaçãoFiltração

Remoção de Contaminantes OrgânicosOxidação Biológica (*)Oxidação Química (*)Adsorção em Carvão Ativado

(*) Matéria Orgânica + Oxidante = CO2

TE: Tratamento Biológico

ETEs: Tratamento Biológico

ETEs: Tratamento Biológico

iltro Biológico Rotor

Remoção de Sólidos em Suspensão -Espessadores

Remoção de Sólidos em Suspensão -Espessadores

Remoção de Sólidos em Suspensão– Filtro Prensa

Remoção de Sólidos em Suspensão– Filtro Prensa

emoemoççãoão de de SSóólidoslidos emem SuspensãoSuspensão

FiltroFiltro RotativoRotativo a a VVáácuocuo

emoemoççãoão de de SSóólidoslidos emem SuspensãoSuspensão

FiltroFiltro de de AreiaAreia ouou CarvãoCarvão

Remoção de Contaminantes Inorgânicos

Neutralização Ácido / Base

H+ (efluente) + OH- (base adicionada) = H2O

até pH = 5-9

Precipitação de Metais / Hidróxidos / Sulfetos

M2+ (efluente ácido) + 2 OH- (base adicionada) = M(OH)2 (s)

M2+ (efluente) + S2- (Na2S) = MS (s)

Pb2+ (efluente) + CO32- = PbCO3 (s)

após precipitação de metais >> filtração

POA POA FentonFenton

Fe Fe 2+ 2+ + H+ H22OO2 2 Fe Fe 3+ 3+ + OH+ OH-- + + HO HO ..

Fe Fe 3+ 3+ + 3 OH+ 3 OH-- Fe(OH)Fe(OH)33 (s) (s)

Alvos: FenAlvos: Fenóóis, Corantes, Derivados de Petris, Corantes, Derivados de Petróóleo, DQO, recalcitranleo, DQO, recalcitran

HH22OO2 2 + 2 + 2 OO33 3 O3 O22 + 2+ 2 HO HO ..

POA Ozônio + PeróxidoPOA Ozônio + Peróxido

Alvos: Amônia, Corantes, Recalcitrantes em geralAlvos: Amônia, Corantes, Recalcitrantes em geral

POA / HPOA / H22OO2 2 FotoFoto--Ativado com UVAtivado com UV

HH22OO22 ++ υυ (UV (UV λ = λ = 254 nm254 nm) ) 22 HOHO..

Alvos: FenAlvos: Fenóóis, Corantes, DQO, recalcitrantes em geralis, Corantes, DQO, recalcitrantes em geral

O poder da Oxidação Avançada

-- Abatimento de DQO e Cor de Efluente de Trat. Biológico