apostila magali cammarota

Escola de Qumica / UFRJ EQB-485 Engenharia do Meio Ambiente Notas de Aula Tratamento de Efluentes Lquidos - Profa. Magali Christe Cammarota

Universidade Federal do Rio de Janeiro Escola de Qumica

EQB-485 ENGENHARIA DO MEIO AMBIENTE

Notas de Aula: Tratamento de Efluentes Lquidos Profa. Magali Christe Cammarota

Terceira verso 2011/1

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I - Efluentes industriais e indicadores globais de poluio Os efluentes lquidos industriais tm origem nas guas utilizadas na rea de utilidades e/ou nos processos industriais. Suas caractersticas dependem da natureza da indstria (tipologia); das matrias-primas processadas; das etapas de transformao utilizadas no processo; da incorporao de substncias indesejveis gua (como detergentes, solventes, pigmentos, leos, etc.); do porte da indstria e do modelo de gesto empregado. Um efluente industrial , em geral, resultante da mistura de diversas correntes geradas em diferentes unidades do processo produtivo. Sua vazo e caractersticas podem apresentar significativa variao ao longo do tempo, em funo de mudanas de operao dos processos, de produto processado, de atividades de limpeza, etc. Outra caracterstica dos efluentes industriais a complexidade, no que se refere composio qumica e forma como se apresentam os poluentes (solveis ou suspensos na fase aquosa). Portanto, a variabilidade e a complexidade so atributos tpicos dos efluentes industriais. Um efluente pode conter poluentes orgnicos e inorgnicos, que podem estar solveis na gua ou em suspenso na forma de partculas (slidas ou lquidas). O material em suspenso pode ser removido da gua por mtodos fsico-qumicos, cuja escolha depender das caractersticas do material particulado (tamanho, densidade, carga eltrica, etc.). Nessa operao gera-se um resduo slido ou pastoso, cujo destino deve ser estudado caso a caso. O material solvel removido por mtodos fsico-qumicos ou biolgicos. As inmeras substncias orgnicas presentes num efluente podem receber a denominao global de matria orgnica. Alm de poder se apresentar na forma solvel ou em suspenso, esse material pode ser classificado como biodegradvel ou persistente (no biodegradvel). Portanto, os efluentes constituem uma mistura complexa de compostos orgnicos e inorgnicos e impraticvel, seno impossvel, obter-se uma anlise qumica completa da maioria dos compostos. Por esta razo, uma srie de mtodos empricos para avaliao da concentrao dos contaminantes so empregados, cuja aplicao no requer o conhecimento da composio qumica do efluente em questo, denominados indicadores globais de poluio. No caso da matria orgnica, os indicadores globais so a DBO, a DQO e o COT, discutidos em detalhe mais adiante. Para algumas classes de compostos orgnicos hidrofbicos, que podem se apresentar em suspenso na gua (como gotculas emulsionadas) ou na forma de filmes ou pelculas superficiais, o indicador global o teor de leos e graxas (O&G). O material slido pode ser quantificado e classificado como dissolvido ou em suspenso e como voltil ou fixo. Costuma-se associar a parcela voltil ao material orgnico e a fixa ao material inorgnico. Outro indicador global a toxicidade Avaliada em bioensaios, fornece uma indicao do efeito txico do conjunto de poluentes presentes num dado efluente.

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Alm dos indicadores globais mencionados, importante, em muitos casos, utilizar indicadores especficos, que permitem identificar poluentes que possam ter efeitos danosos ao meio ambiente. Assim, alguns metais e compostos como cianeto, fenis, amnia, nitrato, fosfato, sulfetos, etc. devem ser determinados por tcnicas especficas.

I.1. Demanda Bioqumica de Oxignio (DBO) a quantidade de oxignio requerida para oxidar a matria orgnica biodegradvel contida em uma amostra por ao bioqumica aerbia (predominantemente bactrias heterotrficas aerbias). Portanto, A DBO representa o teor de matria orgnica biodegradvel presente num efluente, sendo expressa em mg O2/L.

matria orgnica + O2

bactrias aerbias

CO2 + H2O + NH3 + novas clulas

Algumas amostras no contm uma populao microbiana suficiente (alguns efluentes industriais, resduos com alta temperatura, com pH extremo, asspticos). Neste caso, a adio de uma populao de microrganismos (ou semente esgoto domstico sedimentado) se faz necessria. As amostras so incubadas a 20oC por 5 dias. Geralmente a DBO excede a quantidade de oxignio dissolvido disponvel, sendo necessrio diluir a amostra. Como o crescimento microbiano requer nutrientes (N, P, metais traos), estes so adicionados gua de diluio, que tamponada para assegurar que o pH permanea numa faixa adequada. O teste mede o O2 utilizado durante um perodo especfico de incubao para a degradao bioqumica de matria orgnica (DBO carboncea); para oxidar material inorgnico como Fe2+ e S= (DBO imediata) e para oxidar formas reduzidas de nitrognio como amnia e nitrito (DBO nitrogenada). O teste da DBO longo (vrios dias) e para se ter uma resposta mais rpida convencionouse realiz-lo em cinco dias, subestimando-se a demanda de oxignio. Esse valor denominado DBO5. Caso o teste fosse conduzido por um tempo maior, seria atingido um valor estvel, correspondente oxidao completa dos poluentes biodegradveis presentes na amostra. Esse valor denominado DBO ltima (DBOU). A relao DBO5/DBOU fica na faixa de 0,5 a 0,8 para muitos efluentes e seu valor depende das caractersticas dos poluentes presentes. A DBO nitrogenada detectada quando o bioensaio conduzido por um longo tempo, em geral por mais de 15 a 20 dias. Aps estabelecido o plateau correspondente DBOU (carboncea), um novo plateau se formar, correspondente ao consumo de oxignio pelas bactrias nitrificantes, que oxidam amnia a nitrito e este a nitrato: 1. Amnia oxidada a nitrito por bactrias do gnero Nitrossomonas: 2 NH4+ + 3 O2 2 NO2- + 2 H2O + 4 H+

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2. Nitritos so oxidados a nitrato por bactrias do gnero Nitrobacter: 2 NO2- + O2 2 NO3-

Bactrias nitrificantes aparecem em baixa concentrao e tm crescimento lento. Quando o substrato das heterotrficas consumido, as autotrficas (nitrificantes) comeam a crescer mais rapidamente. Para esgoto domstico, por exemplo, a DBOC = 200 mg/l e a DBON = 30 mg/l. Para alguns efluentes industriais, com elevado teor de N amoniacal, a DBO nitrogenada pode ser muito alta, podendo haver antecipao do surgimento do plateau correspondente, que poder ter uma grande magnitude. A matria orgnica utilizada como fonte de carbono pelos microrganismos proporcional ao consumo de oxignio dissolvido: d[OD] = a0 dS dt dt Considerando que o consumo de substrato segue uma cintica de primeira ordem em relao ao substrato: dS = - k S dt O teste usa um inculo muito pequeno e supe que este praticamente no varia com o tempo. Assim: 0 a0 (S0 - S) = (ODbranco - ODteste)t - (ODbranco - ODteste)t=0 a0 (S0 - S) = y = DBO S = S0 e-Kt y = a0S0 (1 - e-Kt) Equao matemtica para a DBO da fase carboncea

L0 = a0So = conc. total de comp. orgnicos biodegradveis presentes no efluente Quando t tende a infinito, y tende a L0 = DBOU y = DBOU (1 - e-Kt) vlida para t < tc

A Figura I.1 mostra as curvas de DBO carboncea e DBO total (DBO carboncea mais nitrogenada), representadas pela expresso: y = Lo (1 - e-Kt ) + LN (1 - e-KN(t - tc)) t > tc L0 Para t tc

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O parmetro k a constante de um modelo cintico de primeira ordem para a biodegradao dos compostos de carbono biodegradveis. Quanto maior o valor de k, mais rapidamente ocorrer o processo. O parmetro kN a constante cintica de nitrificao, supondo tambm um modelo de primeira ordem. Quanto maior este parmetro, mais rpido ser o processo de converso de amnia a nitrato. O parmetro LN corresponde demanda de oxignio exercida pelo processo de nitrificao e, em muitos casos no deve ser negligenciada.

Fig. I.1. Curvas de DBO carboncea e DBO total (DBO carboncea mais nitrogenada).

I.2. Demanda Qumica de Oxignio (DQO) a quantidade de oxignio requerida para oxidar a frao orgnica de uma amostra, susceptvel oxidao por um oxidante qumico forte em meio cido, sendo expressa em mg O2/L.

Matria + K2Cr2O7 + H2SO4 orgnica (excesso)

Ag2SO4 CO2 + H2O + prod. + K2Cr2O7 HgSO4 oxidados residual o 150 C / 2 h

A matria orgnica presente na amostra destruda por uma mistura dos cidos crmico e sulfrico em ebulio, sob refluxo por um perodo de 2 horas. A quantidade de matria orgnica oxidvel, medida sob a forma de oxignio equivalente, proporcional ao dicromato consumido. A quantificao do dicromato reagido, equivalente matria orgnica, pode ser feita por titulao do dicromato excedente com sulfato ferroso amoniacal, usando ferrona como indicador (mtodo padro convencional) ou por determinao espectrofotomtrica do Cr3+ gerado na reduo do Cr2O7=, atravs da leitura da Abs a 600nm e clculo da DQO atravs de curva de calibrao obtida aplicando-se o mesmo procedimento a solues padro de biftalato de potssio.

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A proporo de matria orgnica oxidada depende do oxidante, da estrutura dos compostos orgnicos presentes na amostra e da manipulao dos reagentes e equipamentos. A maioria dos compostos orgnicos oxidada a 95-100% do valor terico. Compostos orgnicos de baixo PM e cidos graxos s so oxidados em presena do catalisador Ag2SO4; hidrocarbonetos aromticos e piridina no so oxidados; enquanto compostos volteis so oxidados somente na extenso em que permanecem em contato com o reagente. A demanda de oxignio medida nesse ensaio pode ser exercida por substncias biodegradveis ou no. E devido facilidade de determinao, a DQO passou a ser um parmetro muito difundido tanto para a caracterizao de efluentes como para o monitoramento de estaes de tratamento. Como muitos compostos orgnicos que so oxidados pelo dicromato no so bioquimicamente oxidveis e certos ons inorgnicos como S=, S2O3=, SO3=, NO2- e Fe2+ so oxidados pelo dicromato, contribuindo para uma DQO inorgnica, que no detectada pelo teste de DBO, o valor da DQO maior que o da DBO. Para um efluente que contem apenas poluentes biodegradveis, a DQO e a DBOU devem apresentar valores muito prximos. No caso do efluente apresentar um alto teor de poluentes no biodegradveis, a diferena entre DQO e DBOU se acentua. Como a DBO5 uma subestimativa da DBO, o valor de DQO de um efluente , em geral, bem maior que o valor de sua DBO5. A razo DQO/DBO5 fornece indicaes sobre a biodegradabilidade de um efluente. Valores na faixa de 1,5 a 2,5 sugerem que pos poluentes presentes no efluente so majoritariamente biodegradveis. Valores superiores a 5 sugerem que a presena de poluentes no biodegradveis bastante acentuada e processos fsico-qumicos devem ser considerados no tratamento do efluente.

I.3. Carbono Orgnico Total (COT) Como o elemento qumico carbono faz parte das estruturas moleculares das substncias orgnicas, o teor de carbono um indicador da presena de matria orgnica num efluente. O teste empregado na determinao do COT baseia-se na oxidao do carbono da matria orgnica a CO2 e H2O e determinao do CO2 por mtodo instrumental o analisador COT (TOC analyser). No analisador o CO2 formado arrastado por corrente de ar sinttico e quantificado atravs de um detector de infravermelho. Nesse equipamento possvel determinar o CT (carbono total) e o CI (carbono inorgnico). No primeiro caso, emprega-se condies mais severas de oxidao, a presena de catalisador e cido temperatura elevada garantem que toda a matria orgnica seja oxidada a CO2. Enquanto, no ltimo, empregam-se condies mais brandas de oxidao, e o cido forte baixa temperatura permite somente a oxidao do C inorgnico (CO3=, HCO3, CO2 dissolvido). Por diferena (CT CI) se obtm o teor de carbono orgnico total (COT), expresso em mg C/L. A razo entre os valores de DQO e COT (embora expressem grandezas distintas) para muitos efluentes situa-se na faixa de 2 a 7. A Tabela I.1 a seguir apresenta uma comparao entre os mtodos de determinao de DBO, DQO e COT.

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Tabela I.1 Comparao entre os indicadores globais para matria orgnica.Parmetro Vantagens Desvantagens

DQO

- tempo de anlise curto (3 h) - materiais txicos no afetam o oxidante - bom indicador de poluio orgnica em efl. contendo metais pesados e cianetos - correlaciona-se com DBO de efl. com composio constante

- interferncia de ons cloreto (contornada c/ adio de HgSO4) - alguns comp. orgnicos no so oxidados (piridina, benzeno, amnia) - erro: 5-10%

DBO

- informa real potencial poluidor do efluente em termos de matria orgnica - mtodo que mais se aproxima do ambiente natural qdo semente apropriada usada

- materiais txicos matam os m-orgs. - diluio compatvel e inculo pequeno e adaptado - tempo de anlise longo (5 d no teste padro) - interferncia de algas (c/ luz liberam O2 no meio e sem luz liberam substs. que no estavam presentes no meio) - necessidade de controle de pH e temperatura

COT

- tempo de anlise curto (alguns minutos) - pode-se estabelecer relaes entre DQO e COT

- no informa real potencial poluidor do efluente - equipamento de alto custo (analisador COT) - necessidade de remoo de material particulado e cloretos - interferncia de NO3-, SO4=, PO43- remoo de CI (mtodos qumicos) pode remover Carbono Orgnico voltil

I.4. leos e graxas (O&G) O teor de leos e graxas um indicador global representativo de um grupo de substncias com caractersticas fsicas semelhantes determinadas quantitativamente com base em sua solubilidade comum em um solvente de extrao orgnico. O termo leos & Graxas definido como qualquer material recuperado como uma substncia solvel no solvente. Isso inclui compostos de enxofre, certos corantes orgnicos e clorofila. Os solventes usados so ter de petrleo, n-hexano, e triclorotrifluoretano.

I.5. Slidos Define-se o parmetro Slidos totais como sendo o resduo que permanece aps evaporao da amostra (bem homogeneizada) e secagem a uma temperatura definida (103105oC).

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Slidos filtrveis ou dissolvidos so a poro dos slidos que passa atravs de um filtro de 2,0 m (ou menos) sob condies especficas (medida realizada com o filtrado da amostra). Enquanto Slidos no filtrveis ou em suspenso referem-se ao resduo retido aps a filtrao. Tambm denominados de resduos no filtrveis totais (RNFT) ou matria em suspenso, so utilizados na quantificao de biomassa em processos biolgicos de tratamento. Determinados atravs de filtrao (ou centrifugao) de um volume conhecido da amostra em filtro de fibra de vidro, de porosidade mdia de 1,2 m. O resduo slido retido transferido para cpsula ou cadinho tarado (Po), seco a 103-105oC at massa constante (mudana de peso < 4% do peso anterior ou 0,5 mg) e sua massa registrada (P1). SST = ( P1 - Po) (mg) Volume de amostra (L)

Os slidos (totais, dissolvidos e em suspenso) so divididos em duas categorias, em funo da metodologia analtica empregada para sua determinao. Os slidos volteis esto associados ao material particulado de origem orgnica que volatiliza quando calcinado a 500-550oC por 30 minutos. Os slidos fixos esto associados ao material particulado inorgnico (resduo da calcinao, designado por P2). SSV = (P1 - P2) (mg) Volume de amostra (L) (P2 - Po) (mg) Volume de amostra (L) perda de peso sob ignio

SSF =

SSF = SST - SSV

Slidos Sedimentveis so determinados para controlar o assoreamento dos corpos hdricos. Consiste no material em suspenso que sedimenta aps um tempo definido. O teste conduzido em proveta de 1L ou cone de Imhoff, onde se quantifica o volume de slidos depositados em uma amostra de 1L aps 1 h, sendo o resultado expresso em mL/L. O quadro a seguir representa os diferentes tipos de slidos que podem ser quantificados em uma amostra de efluente.

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Classificao dos Slidos Totais

No Sedimentveis Slidos Suspensos Totais Slidos Totais Sedimentveis

Volteis

Fixos Volteis

Fixos

Volteis Slidos Dissolvidos Totais

Fixos

I.6. Toxicidade Anlises fsico-qumicas podem quantificar e qualificar substncias presentes nos efluentes, mas nada dizem sobre seus efeitos biolgicos, que podem ser diferentes quando presentes em misturas. Ensaios de toxicidade determinam o potencial txico de um agente qumico ou de uma mistura complexa, nos quais os efeitos destes poluentes so mensurados atravs da resposta de organismos vivos. Os efeitos txicos causados nos organismos-teste podem ser observados atravs de parmetros como: morte, falta de locomoo, diminuio da emisso de luz, diminuio da capacidade reprodutiva, etc. Existem dois tipos de toxicidade que podem ser avaliadas: Toxicidade aguda: quantidade do composto txico ou mistura de substncias que provoca inibio em 50% dos organismos testados. Pode ser representada por vrias siglas, como DL50 (dose letal), CENO (concentrao de efeito no observado), CL50 (concentrao letal) e CE50 (concentrao efetiva). Os efeitos agudos so observados em at 96 h. Toxicidade crnica: informaes a respeito da toxicidade cumulativa de um agente txico. Os efeitos so subletais e permitem a sobrevida do organismo, afetando suas funes biolgicas. Os organismos so expostos durante pelo menos a metade de um estgio de vida. Resultam na determinao da Mxima Concentrao Admissvel do Txico (MCAT) e na determinao da CENO crnica. Efluentes, mesmo tratados, lanados continuamente num curso receptor, podem provocar efeitos crnicos, visto que os organismos aquticos so expostos a baixas concentraes de determinados poluentes por longos perodos de tempo.

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Os bioindicadores mais usados so bactrias, algas, crustceos, bivalves, peixes e plantas aquticas. No Brasil a ABNT tem vrias normas relativas a esses testes (NBR 12713 a 12716, NBR 12648, NBR 13373). A CETESB (SP) tambm estabeleceu normas sobre toxicidade (L5.018 a 022, L5.227, L5.228), o mesmo ocorrendo com a Feema (RJ) (MF 451 a 459). A NT-213.R-4 (Feema) estabelece como limite o valor 8 Unidades de toxicidade (UT), para toxicidade aguda com peixes Danio rerio, sendo: UT = 100 / CENO (%) Esta Norma no aplicvel a efluentes lquidos com salinidade superior a 5 lanados em corpos dgua salobros ou salinos. Nesses casos os limites sero estabelecidos pela FEEMA, utilizando testes com organismos de gua salgada. Como os valores de CL50, CE50 ou CENO so tanto menores quanto maior a toxicidade, para o clculo da carga txica (calculada multiplicando-se UT pela vazo do efluente) os resultados dos testes devem ser transformados em unidades txicas (UT) aguda (Uta) ou crnica (Utc). Organismos-teste mais utilizados em ensaios de toxicidade Organismo Ensaio Resposta Peixe Danio rerio Toxicidade aguda gua Morte de indivduos jovens aps 48 a doce (CL50) 96 h Microcrustceos Toxicidade aguda gua Imobilizao de indivduos jovens (de Daphnia magna, D. doce (CE50) 6 a 24 h de idade) aps 24 a 48 h. similis Microcrustceo Artemia Toxicidade aguda gua Morte aps exposio dos organismos salina salgada (CL50) (com 24 h de vida aps ecloso dos ovos) por um perodo de 24 h Bactrias Toxicidade aguda gua Reduo da bioluminescncia aps 15 Photobacterium salgada (CE50) min. phosphoreum, Vibrio fisheri (Microtox) Alm dos organismos teste mencionados, tambm podem ser utilizadas enzimas, pois os compostos txicos afetam a atividade enzimtica e o grau de inibio dessa atividade pode ser quantificado em ensaios in vitro, permitindo estimar a toxicidade causada pelos compostos presentes no efluente. As enzimas mais utilizadas so: desidrogenases, ATPases, esterases, fosfatases, ureases e luciferases, entre outras. Os testes com enzimas so rpidos e de custo relativamente baixo, mas sua aceitao e padronizao por instituies e agncias ainda esto em andamento.

II - Amostragem de efluentes industriais (MF 402.R1, Feema) A amostragem dos efluentes deve refletir fielmente todas as caractersticas de interesse. necessrio definir locais, forma, freqncia e perodo de amostragem. As coletas devem ser feitas a alguns centmetros abaixo do nvel dgua, em locais com turbulncia (para uma

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boa mistura), evitando-se locais a montante de vertedouros, no centro dos canais (ponto de maior velocidade de escoamento) e em condutos no recalque ou sada da tubulao. Os efluentes podem ser caracterizados quanto : Concentrao: atravs de ensaios padronizados de laboratrio Carga: para tal necessrio se medir tambm a vazo do efluente Dispositivos de medio de vazo Existem dispositivos simples: para pequenas vazes, como por exemplo, a cubagem. Anota-se o tempo que a gua leva para encher um recipiente de volume conhecido. Como a vazo o volume em funo do tempo, s dividir o volume do recipiente pelo tempo que se levou para ench-lo (Q = V/t). Se no se conhece o volume do recipiente, faz-se uma marca no recipiente, anota-se o tempo e depois se afere o volume em outro local. Existem locais de difcil acesso, sendo praticamente impossvel instalar um dispositivo para se medir a vazo. Existem ainda casos em que os custos elevados para se instalar um vertedor s para se coletar uma amostra no compensam. Nestes casos, pode-se adotar o seguinte procedimento: fecha-se a entrada do reservatrio, mede-se a altura (h) e o tempo (T) que leva para se ter um desnvel (h). Isto deve ser feito sem que se prejudique o processo de fabricao. Neste caso, deve-se ter conhecimento do processo de fabricao para saber a quantidade de gua que se incorporou ao produto (por exemplo, refrigerante), e as guas que so evaporadas. Q = (h . A) / t

Em indstrias modernas h hidrmetros em cada seo para se controlar o consumo de cada seo da indstria ou etapa do processo. Aproveitam-se as medies parciais obtidas por estes hidrmetros em cada ramal ou seo para se chegar vazo total. Para cada faixa de vazo deve-se adotar um tipo de vertedor, com o seu formato e equao especfica. O vertedor retangular sem restrio ou contrao se aplica a vazes acima de 20 m3/h (usado para grandes vazes). Q = 1,838 L h3/2 m3/s L e h (m)

h

L

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O vertedor triangular de Thompson usado para vazes mais baixas, menores que 50 m3/h). A L A 5/2 Q = 1,4.h m3/s h (m) J h

P

J a Calha Parshall tem padres pr-estabelecidos e deve ser adquirida, sendo indicada para vazes acima de 50 m3/h.

Frmula da calha Parshall: Q = K.HN Q = vazo (m3/s) H = altura de gua (m) Valores de K e N:

onde:

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As amostras podem ser: Instantneas: refletem as condies dos efluentes no momento da coleta. obrigatria para efluentes gerados em regime de batelada, e para a determinao de poluentes instveis que devem ser analisados imediatamente como gases dissolvidos, temperatura, sulfetos, pH e leos e graxas. Podendo tambm ser utilizada para efluentes com caractersticas constantes, efluentes de estaes de tratamento e para se determinar se a amostra composta interfere em condies extremas de um efluente. Compostas: combinao de amostras instantneas, tomadas em determinado perodo e em volumes proporcionais vazo. Neste caso, amostras so coletadas num espao de tempo superior a 1 h e inferior a 24 horas. Para atividades que tenham paralisao, a primeira poro de amostra deve ser coletada aps o reincio normal do lanamento dos efluentes. Para regime de bateladas, o nmero de alquotas igual ao nmero de bateladas realizadas no dia, e para efluentes contnuos o nmero de alquotas funo do tempo de amostragem. Uma vez coletadas, as amostras devem ser transferidas para recipientes de vidro ou polietileno e transportadas para o laboratrio analtico, podendo ser estocadas a frio por um tempo relativamente curto, dependendo do parmetro a ser analisado. Quando o laboratrio est distante do ponto de coleta e/ou no se pode realizar as anlises de imediato, pode-se preservar as amostras para que estas tenham suas caractersticas alteradas o mnimo possvel. Os mtodos de preservao mais utilizados so: congelamento (recomendado para a maior parte dos parmetros de composio qumica); refrigerao (usado na preservao de amostras microbiolgicas e algumas determinaes qumicas e biolgicas) e a adio de agentes qumicos (mtodo que oferece o maior grau de estabilizao da amostra e por maior espao de tempo). As amostras devem ser analisadas por laboratrios credenciados junto ao rgo ambiental competente. Em geral, os laboratrios seguem metodologias recomendadas pelos prprios rgos ambientais que, em muitos casos, seguem normas americanas e europias. O Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, editado por entidades americanas (AWWA, APHA, WEF) uma boa referncia para a determinao correta de poluentes e a caracterizao de efluentes.

III - Legislao O lanamento de efluentes nos corpos receptores regido por padres de lanamento de efluentes estabelecidos pelos seguintes rgos: Conselho Nacional do Meio Ambiente (Conama) Res. no. 357 (maro/2005) Fundao Estadual de Engenharia e Meio Ambiente (Feema), incorporada ao Instituto Estadual do Ambiente (INEA) desde 2009 NT-202.R-10 Critrios e padres de lanamento de efluentes lquidos (dezembro/1986) Fundao Estadual de Engenharia e Meio Ambiente (Feema) DZ-205.R-6 Diretriz de controle de carga orgnica em efluentes lquidos de origem industrial (outubro/2007).

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Fundao Estadual de Engenharia e Meio Ambiente (Feema) DZ-215.R-4 Diretriz de controle de carga orgnica biodegradvel em efluentes lquidos de origem sanitria (outubro/2007).

At 2004, a Resoluo Conama no. 20 de 1986 era quem determinava os padres de lanamento (concentraes mximas permitidas) para uma ampla relao de poluentes. No entanto, a no utilizao de critrios baseados na carga de poluente (massa lanada por unidade de tempo) e a no incluso nesta resoluo de parmetros importantes como a DQO e a toxicidade eram objetos de crtica. Na atual Resoluo Conama no.357 de 2005, houve poucas mudanas no tocante ao lanamento de efluentes, havendo melhor abordagem da questo relativa toxicidade, cujo controle foi delegado aos rgos ambientais estaduais. No entanto, no foi introduzida a questo da carga dos poluentes e no se faz meno aos parmetros globais DQO e DBO. Cabe ainda aos rgos ambientais estaduais estabelecer normas e diretrizes para regulamentar estes parmetros.

IV - Tratamento de efluentes industriais Dois enfoques, bastante difundidos, podem ser adotados no tratamento de efluentes industriais: End of pipe consiste em considerar que o efluente o que e deve-se buscar tcnicas de tratamento que permitam atender aos padres de descarte em vigor. In-plant design considera que o efluente o resultado de uma srie de procedimentos industriais, que podem ser analisados, revistos e otimizados. Assim, antes de se considerar as tcnicas de tratamento, procura-se estudar o processo industrial, as fontes de poluentes, o consumo de gua e a composio das correntes. Uma vez definidas e implantadas as recomendaes resultantes desse estudo, um novo efluente ser gerado e, certamente, o custo de seu tratamento ser reduzido. Embora o conceito de in-plant design tenha sido aplicado com sucesso em inmeras situaes, como evidenciado na literatura, ele ainda no recebeu a devida acolhida por parte da maioria das empresas. No entanto, as empresas comeam a adotar a anlise dos processos produtivos e a realizao de mudanas e ajustes para maximizar a eficincia e minimizar a gerao de resduos, gerar economias de energia, gua, matrias-primas e no prprio controle de poluentes e tratamento de resduos. Aes com esta tica tm sido apoiadas, at com linhas de crdito, por alguns governos. No caso do tratamento de efluentes sempre cabe a pergunta: O que remover? A resposta pode ser do grosso ao fino, tal como apresentado a seguir: Slidos grosseiros em suspenso Slidos em suspenso sedimentveis ou no leos e graxas Metais pesados Matria orgnica solvel biodegradvel (DBO) Nitrognio amoniacal (DBO nitrogenada) Nitrato e nitrito

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Fsforo Matria orgnica no biodegradvel (DQO residual) Toxicidade

Para se conseguir boas eficincias de remoo de cada um desses parmetros, as tcnicas de tratamento so divididas em graus ou nveis: pr-tratamento ou tratamento preliminar, tratamento primrio, tratamento secundrio e tratamento tercirio.

IV.1. Tratamento preliminar O tratamento preliminar tem como objetivo principal a reduo de slidos grosseiros em suspenso. No h praticamente remoo de DBO5 (5-25%), pois consiste na preparao do efluente (condicionamento) para o tratamento posterior, evitando obstrues e danos em equipamentos eletromecnicos da planta de tratamento. As seguintes tcnicas so empregadas nesta fase de tratamento: gradeamento peneiramento desarenao neutralizao equalizao

IV.1.1. Gradeamento O gradeamento objetiva a remoo de slidos bastante grosseiros, com dimetro superior a 10 mm, como materiais plsticos e de papeles constituintes de embalagens, pedaos de madeira e metal, etc. Os dispositivos de remoo de slidos grosseiros (grades) so constitudos de barras de ferro ou ao paralelas, posicionadas transversalmente no canal de chegada dos efluentes na estao de tratamento, perpendiculares ou inclinadas, dependendo do dispositivo de remoo do material retido. As grades devem permitir o escoamento dos efluentes sem produzir grandes perdas de carga (Fig. IV.1). As grades podem ser classificadas de acordo com o espaamento entre as barras: grades grossas tm espaamento entre as barras de 5 15 cm; grades mdias, de 2 5 cm; e grades finas, de 1 cm ou menos. As grades com dispositivo de remoo mecanizada de material retido so implantadas com inclinaes que variam de 70 a 90o, enquanto que as de remoo manual possuem inclinaes variando geralmente na faixa de 45 a 60o (ngulo formado pela grade e o fundo do canal a jusante). Nas estaes de grande porte, as grades devem possuir dispositivo mecanizado de remoo do material retido, que constitudo de um rastelo mecnico tipo pente cujos dentes se entre pem nos espaos entre as barras da grade. O rastelo acionado por um sistema de correntes, sendo que a remoo se d no sentido ascendente e na parte superior o material depositado sobre esteira rolante que o descarrega em caamba. Nas grades manuais, o operador remove o material retido atravs de ancinho, quando a seo obstruda atinge cerca de 50% do total. O material removido depositado em tambores ou caambas

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possuindo orifcios no fundo para o escoamento da gua. O material retido pode sofrer processo de lavagem, secagem e adio de substncias qumicas antes do envio a aterros sanitrios ou incineradores.

Fig. IV.1 Grade com limpeza mecnica.

Dimensionamento das Grades As grades so projetadas para que ocorra uma velocidade de passagem entre 0,6 e 1,0 m/s, tomando-se por referncia a velocidade mxima horria do efluente. A obstruo mxima admitida de 50% da rea da grade, devendo-se adotar como perdas de carga mnimas os valores de 0,15 m para grades de limpeza manual e 0,10 m para grades de limpeza mecanizada. Para o clculo da perda de carga nas grades, pode-se utilizar a frmula de Metcalf & Eddy: H = 1,43 . (v2 - vo2) /2g , onde v a velocidade de passagem pela grade e vo a velocidade de aproximao. A relao entre a rea da seo transversal do canal e a rea til da grade dada por: S = Au . (a + t) /a , onde: S = rea da seo transversal do canal, at o nvel de gua, Au = rea til da grade, a = espaamento entre as barras e t = espessura das barras.

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A relao a / (a + t) chamada de eficincia (E) da grade e representa a frao de espaos vazios em relao rea total. Fixando-se a velocidade de passagem, pode-se determinar a rea til da grade atravs da equao: Au = Qmx / v. Obtendo-se a rea til, pode-se calcular a rea da seo transversal do canal (S). Escolhendo-se a espessura e o espaamento entre as barras, determina-se a eficincia E e S = Au/E. Obtendo-se a rea da seo transversal, a largura do canal da grade pode ser determinada atravs do conhecimento da lmina lquida decorrente do posicionamento da calha Parshall a jusante. Para a observao de detalhes a respeito do projeto e construo dos sistemas de gradeamento, recomenda-se consultar a NB - 569 e a NB 570 da ABNT. Alm das grades anteriormente descritas, as grades de barras curvas, as peneiras estticas e as peneiras rotativas podem tambm ser usadas para a remoo de slidos grosseiros dos efluentes. A seguir so feitos alguns comentrios sobre as peneiras.

Exerccio - Dimensionamento das Grades Dimensione uma grade para os seguintes valores dados: Vazo (L/s) Altura dgua (H, m) Mxima = 120 0,29 Mdia = 80 0,21 Mnima = 40 0,10 Seo de cada barra: 10 mm x 40 mm Espaamento entre barras: 25 mm Valores de eficincia E = a/(a+t) Espaamento entre barras (a) Espessura das barras a= 20 mm a= 25 mm a= 30 mm 6 mm (1/4) 8 mm (5/16) 10 mm (3/8) 13 mm (1/2) 0,750 0,730 0,677 0,600 0,800 0,768 0,728 0,667 0,834 0,803 0,770 0,715

Da seo e do espaamento das barras, tem-se: E = ________

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Adota-se uma velocidade entre as barras (0,6 1,0 m/s): V = _____ m/s3 rea til: A = Q = ________ m / s = ________ m 2 u V ______ m / s

rea total:

S=

Au _______ m 2 = = _______ m 2 E ______S = b.H b = S ______ = H

Largura do canal:

Adotar largura do canal = _______ m. Verifica-se a velocidade nas diferentes vazes:Q(m3/s) 0,120 0,080 0,040 H (m) 0,29 0,21 0,10 S= b . H (m2) 0,26 0,19 0,09 Au= S . E (m2) 0,19 0,14 0,07 V = Q/Au (m/s) 0,63 0,57 0,57

Avaliao da perda de carga: V0= V x E = _____ x _______ = ________ m/s Grade limpa: H =1,43(V 2 V02 ) 2g = 1,43(_____ 2 ____ 2 ) = ______ m 2 x9,8 1,43(_____ 2 ____ 2 ) = = ______ m 2 x9,8

Com metade da grade suja: H =

1,43(V 2 V02 ) 2g

Quantidade de material retido varia em funo das condies locais, hbitos da populao e da abertura da grade. Segundo Schroepfer:Abertura (cm) Quantidade (L/m3) 2,0 0,038 2,5 0,023 3,5 0,012 4,0 0,009

Abertura da grade = 2,5 cm: ____________ L/m3 de material retido______

L L m 3 86400 s L = ______ xQmdiax86400 = ______ 3 x _____ x 3 s 1dia dia m m

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IV.1.2. Peneiramento Peneiras revestidas com uma tela fina retm slidos grosseiros e suspensos mais finos (com dimetros superiores a 1 mm) como cascas, penas, fios, fibras, etc. previamente ao tratamento biolgico para reduzir entupimentos ou a carga orgnica dos efluentes. As peneiras estticas so bastante utilizadas no pr-condicionamento de efluentes antes do lanamento em emissrios submarinos e tambm no tratamento de efluentes de matadouros e frigorficos, dentre outras aplicaes. As peneiras rotativas tambm so bastante utilizadas no tratamento de efluentes lquidos industriais. O material depositado removido por jatos de gua, sendo o entupimento e a necessidade de limpeza frequente inconvenientes desses sistemas (Fig. IV.2). As peneiras mais utilizadas tm malhas com barras triangulares com espaamento variando entre 0,5 a 2 mm, podendo a limpeza ser mecanizada (jatos de gua ou escovas) ou manual. No caso de serem utilizadas peneiras em efluentes gordurosos ou com a presena de leos minerais deve-se utilizar as peneiras com limpeza mecanizada por escovas. A utilizao de peneiras imprescindvel no tratamento de efluentes de indstrias de refrigerantes, txtil, pescado, abatedouros e frigorficos, curtumes, cervejarias, sucos de frutas e outras indstrias de alimentos. As peneiras devem ser aplicadas tambm em outros efluentes que apresentem materiais grosseiros, tais como: fiapos; plsticos; resduos de alimentos, etc.

Fig. IV.2 Peneiras rotatria ( esquerda) e esttica ( direita).

IV.1.3. Desarenao (caixas de reteno de areia) A "areia" que infiltra no sistema de esgotos sanitrios e alguns efluentes industriais pode danificar equipamentos eletromecnicos. Esta areia constituda de partculas de areia (e outros materiais abrasivos como carvo, terra diatomcea, p de pedra e similares) com dimetro de 0,2 a 0,4 mm e massa especfica de 2,54 g/cm3. Estas partculas sedimentamse individualmente nas caixas, por ao da gravidade, com velocidade mdia de 2 cm/s.19


O uso dos desarenadores protege as bombas contra abraso; evita entupimento e obstculos em dutos e vlvulas, a formao de depsitos de materiais inertes nos decantadores, tanques de aerao, etc. De acordo com a NB-570, nas caixas de areia de sistemas com remoo manual devem ser projetados dois canais desarenadores paralelos, utilizando-se um deles enquanto que o outro sofre remoo de areia (Fig. IV.3). Na remoo mecanizada utilizam-se bandejas de ao removidas por talha e carretilha, raspadores, sistemas de air lift, parafusos sem fim, bombas, etc. A "areia" retida deve ser encaminhada para aterro ou ser lavada para outras finalidades.

Fig. IV.3 Desarenadores na forma de canais.

As caixas de areia so projetadas para uma velocidade mdia dos efluentes de 0,30 m/s e tempos de reteno hidrulica da ordem de 1 minuto. A velocidade mantida aproximadamente constante, apesar das variaes de vazo, atravs da instalao de uma calha Parshall a jusante. Velocidades baixas, notadamente as inferiores a 0,15 m/s, provocam depsito de matria orgnica na caixa, indicado pelo aumento da relao SSV/SST do material retido e pela exalao de maus odores devido decomposio. Velocidades superiores a 0,40 m/s provocam arraste de areia e reduo da quantidade retida. Algumas caixas de areia so tanques longos de seo retangular ao longo dos quais se injeta ar difuso de um dos lados (Fig. IV.4). O ar injetado faz com que a gua tome um movimento helicoidal (movimento em parafuso) que permite a sedimentao das partculas de areia e ao mesmo tempo evita-se a exalao de maus odores. A velocidade do efluente controlada pela taxa de injeo de ar, geralmente de 0,15 0,45 m3/min de ar por metro de comprimento do tanque, enquanto o tempo de reteno hidrulica de cerca de 3 minutos na vazo mxima. Perturbaes na operao podem ocorrer devido elevada concentrao de matria orgnica no efluente. Neste caso, recomenda-se uma menor velocidade ou maior reteno hidrulica do efluente e aerao pode ajudar na eliminao de odores. O arraste de areia,

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que ocorre em funo de problemas de dimensionamento, pode ser evitado reduzindo-se a vazo ou aumentando-se a frequncia de limpeza.

redemoinho

aerao sedimentoredemoinho

zona de sedimentao calha coletora de areia

Fig. IV.4 Desarenadores com injeo de ar (aerados).

O desempenho pode ser avaliado pela razo VA/VE e pelo percentual de slidos volteis e umidade no material retido. a) VA/VE = 2 a 4 m3 de areia/100.000 m3 de esgoto tratado VA = volume de areia removido VE = volume do efluente tratado Q = vazo mdia do efluente T = perodo do tratamento Se Va/Ve > 15/100.000 existem infiltraes na rede de esgoto e se Va/Ve < 1/100.000, falhas no processo de tratamento. b) % SV = SV/ST x 100 SV = slidos volteis existentes na areia ST = slidos totais existentes na amostra retirada da caixa de areia % SV tolervel at 30%. Valores mais altos indicam problemas de projeto (baixa vazo). c) Umidade normal = 20-30%.

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Dimensionamento de caixas de areia O comprimento (L) da caixa de areia determinado considerando-se a velocidade dos efluentes de 0,30 m/s e a velocidade de sedimentao da areia de 2 cm/s. Para que a partcula que passe sobre a caixa na linha de corrente mais alta atinja a cmara de estocagem de areia, preciso que percorra H na vertical enquanto percorre L na horizontal.

Costuma-se introduzir um coeficiente de segurana de 1,5 devido ao efeito de turbulncia e considerar-se L = 22,5.H ou L = 25.H. A NB-570 recomenda que a taxa de escoamento superficial com base na vazo mxima resulte na faixa de (700 a 1300) m3/m2.d.

Largura da caixa de areia: Q = S. V1 = b. h . V1 b = Q / (V1.h) Exemplo de dimensionamento de uma caixa de areia: Vazes previstas: Mxima = 120 L/s Mdia = 80 L/s Mnima = 40 L/s.

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Soluo: Ser empregado um Vertedor Parshall de 9 para controle de velocidade, ento: Qmx = 120 L/s Hpmx = 0,37 m Qmdia = 80 L/s Hpmdio = 0,29 m Qmnima = 40 L/s Hpmnimo = 0,18 m Hp = altura de lquido medida na calha Parshall Frmula da calha Parshall: Q = K.HN ou H = (Q/K)1/N onde: Para W = 9, temos K = _______ e N = ________ Q = vazo (m3/s) H = altura de gua (m) Clculo do rebaixo Z:

Qmin H P min Z _______ _____ Z = = Z = ________ m Qmx H pmx Z _______ _____ Z

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Determinao da altura mxima da lmina de gua na caixa de areia: Ymx = Hpmx - Z = _____ - _______ = _____ m Determinao da largura da caixa de areia:

b=

Ymx

Qmx ______(m / s )

b=

______ = _____ m ____ x _____

Determinao do comprimento da caixa de areia: L= 25 Ymx = 25 x _____ = _____ m Verificao da Taxa de Escoamento Superficial: Superfcie da caixa S = L x b = _____ x _____ = ____ m2 Qmdia = ____ L/s = _______ m3/d

Q _______ m 3 / dia m3 = = ______ 2 A _____ m 2 m xdiaPara partculas de tamanho igual ou superior a 0,20 mm, adota-se uma taxa de escoamento superficial de 600 a 1 200 m3/m2.d. Determinao do Depsito de Material Sedimentado: Para um perodo de limpeza: de ______ em _____ dias, a quantidade de material retido ser de _____ L/1000 m3 Quantidade de material retido no perodo: _______ m 3 _____ m 3 x x ___ dias = ____ m 3 3 dia 1000m Profundidade (altura )de armazenamento da caixa de areia:

H=

Vdias _____ m 3 = = _____ m bxL ____ mx _____ m

Resumindo: - Profundidade do depsito de areia = ______ m; - Dimenses teis da caixa de areia: largura = _______ m; profundidade mxima = ______ m; comprimento = _______ m.

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IV.1.4. Equalizao e neutralizao A neutralizao uma etapa necessria para o ajuste de pH para o tratamento secundrio (pH 7,0) ou para o descarte (pH = 5 9). Enquanto a equalizao homogeniza o efluente com caractersticas fsico-qumicas (variaes de pH ou concentrao de matria orgnica DQO) e vazes muito variveis a fim de evitar choques de carga nas unidades posteriores de tratamento, principalmente nas unidades de tratamento biolgico. Na verdade, no se trata de um processo de tratamento, e sim de uma tcnica que pode ser utilizada para melhorar a eficincia dos tratamentos secundrio e tercirio. A equalizao consiste de um tanque provido de aerao e agitao para se evitar odores (aerobiose) e deposio de slidos. O uso de um tanque de equalizao pode melhorar a eficincia de uma planta j existente e at aumentar a sua capacidade til. Em plantas novas, o uso da equalizao pode reduzir o tamanho e o custo de uma unidade de tratamento. Os sistemas de equalizao podem ser localizados montante: da descarga do despejo no corpo receptor; do sistema de coleta dos esgotos e do tratamento qumico ou biolgico.

Dimensionamento de Tanques de Equalizao O volume do tanque de equalizao pode ser determinado atravs de um diagrama de volume de alimentao acumulado x tempo (Fig. IV.5). A vazo mdia diria tambm plotada (linha reta da origem ao ponto final do diagrama).

Fig. IV.5 Diagrama de volume acumulado ao longo do tempo. Do exemplo acima, as maiores diferenas entre os volumes de entrada e sada acumulados so 66,68 e 49,98 m3. O volume do tanque de equalizao ser: V = 66,68 + 49,98 = 116,66 m3. Considerando uma margem de segurana de 25%: V = 116,66.(1,25) = 145,82 ou 146 m3. Na prtica, o volume do tanque de equalizao ser maior que o valor terico calculado em funo da aerao e mistura contnuas no permitirem a completa retirada do volume, deve-se acomodar correntes de reciclo e prever-se mudanas imprevistas no fluxo dirio.25


Exemplo: Determine o volume de um tanque de equalizao para as vazes horrias reportadas na tabela e o efeito que a equalizao teria sobre a carga de DBO. Tempo (h) Vazo mdia (m3/s) 0-1 0.275 1-2 0.22 2-3 0.165 3-4 0.13 4-5 0.105 5-6 0.1 6-7 0.12 7-8 0.205 8-9 0.355 9-10 0.41 10-11 0.425 11-12 0.43 12-13 0.425 13-14 0.405 14-15 0.385 15-16 0.35 16-17 0.325 17-18 0.325 18-19 0.33 19-20 0.365 20-21 0.4 21-22 0.4 22-23 0.38 23-24 0.345 1) Calcular o volume que entra no tanque com base na vazo de efluente a cada hora: Ex: 0,275 m3/s x 3600 s = 990 m3 0,22 m3/s x 3600 s = 792 m3 2) Calcular o volume acumulado no tanque: Ex: na primeira hora entram 990 m3, na segunda hora entram 792 m3 Volume acumulado = 990 + 792 = 1782 m3 3) Plotar o grfico de volume acumulado vs tempo. 4) Calcular a vazo de sada do tanque, traando uma reta da origem at o ponto de 24 h: 26550 m3 / 24 h = 1106, 25 m3/h = 0,307 m3/s 5) Calcular o volume acumulado no tanque: Ex: na primeira hora: entram 990 m3 saem 0,307 m3/s x 3600 s = 1106 m3 acmulo = 990 1106 = -116 m3

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6) Calcular diferena entre os volumes acumulados ou medir no grfico: V = 4096 m3 x fator de segurana (1,25) = 5120 m3 7) Calcular a diferena entre os volumes de entrada e sada: Comeamos os clculos no momento em que o tanque est vazio (a partir de 8 9 h) Ex: entre 8 9 h: entram 1278 m3 saem 1106 m3 diferena = 1278 1106 = 172 m3 entre 9 10 h: entram 1476 m3 saem 1106 m3 diferena = 1476 1106 = 370 m3 8) Calcular a carga de DBO no equalizada: Ex: entre 8 9 h: so gerados 1278 m3 com DBO = 175 mg/L (g/m3) Carga DBO = 175 g/m3 x 1278 m3/h = 224 kg/h entre 9 10 h: so gerados 1476 m3 com DBO = 200 g/m3 Carga DBO = 200 g/m3 x 1476 m3/h = 295 kg/h 9) Calcular a carga mdia de DBO equalizada no tanque a cada hora: Ex: entre 8 9 h: tanque est vazio entram 1278 m3 e saem 1106 m3 com DBO = 175 mg/L (g/m3) Carga DBO = 1106 m3/h x 175 g/m3 = 193 kg/h entre 9 10 h: tanque j tem 172 m3 com DBO = 175 g/m3 entram 1476 m3 com DBO = 200 g/m3 DBO mdia = 1476 x 200 + 172 x 175 = 197 g/m3 1476 + 172 10) Plotar carga DBO no equalizada e equalizada vs tempo.

IV.2. Tratamento primrio O tratamento primrio empregado para a remoo de slidos suspensos e material flotante e tambm para o condicionamento do efluente para o tratamento secundrio ou para descarga. Pode remover de 40 a 70% dos slidos em suspenso e cerca de 35% da DBO5. As seguintes tcnicas so empregadas nesta fase de tratamento: sedimentao coagulao/floculao flotao precipitao qumica

IV.2.1. Sedimentao A sedimentao permite remover o material particulado sedimentvel que se encontra no efluente (remoes superiores a 70-80%). A remoo dos slidos suspensos depende da capacidade operacional do decantador e pode variar de 40 a 70%. A remoo de DBO associada ao material particulado, em geral, fica na faixa de 30 a 40%. Valores inferiores a

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esta faixa indicam m operao. Nos decantadores primrios comum existir dispositivos para remover gordura e escuma que no foram removidos nos tratamentos preliminares. O processo de sedimentao governado principalmente pela concentrao das partculas em suspenso. Quanto mais concentrado for o meio, maior a resistncia sedimentao. Em suspenses bastante diludas prevalece a sedimentao do tipo I (individual ou discreta). Neste caso as partculas sedimentam individualmente sem ocorrer interrelaes, segundo uma velocidade constante ao longo da profundidade do tanque. o tipo de sedimentao predominante nas caixas de areia. Neste caso, a velocidade de sedimentao pode ser calculada atravs do equilbrio de foras atuantes sobre a partcula na direo vertical (fora gravitacional, para baixo, e empuxo mais fora de atrito, para cima), do qual resulta a lei de Stokes.

Fe

FaH

vL vsL

FgForas que atuam na partcula p/ara uma velocidade constante: Fe + Fa = Fg Equao de Stokes: vS = g (S - ) dp2 18

H = altura da linha dgua L = comprimento do tanque Vs = velocidade de sedimentao VL = veloc. de escoamento do lquido

Aumentando-se a concentrao de slidos em suspenso, passa a prevalecer a sedimentao do tipo II, tambm chamada de sedimentao floculenta. Neste caso, a maior concentrao de partculas permite a formao de emaranhados ou flocos de maior velocidade de sedimentao ao longo de suas trajetrias, fazendo com que a velocidade de sedimentao aumente com a profundidade. o que tipicamente ocorre nos decantadores primrios das estaes de tratamento de efluentes, onde a relativa e elevada concentrao de slidos em suspenso permite tais interaes. A partir deste caso, no mais vlida a lei de Stokes, devendo-se proceder a ensaios em colunas de sedimentao para a obteno de parmetros para o projeto das unidades.

vLH

vsL

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Aumentando-se ainda mais a concentrao da suspenso, passa a prevalecer a sedimentao do tipo III (tambm chamada de sedimentao zonal). Neste caso, a concentrao de slidos muito elevada e passa a ocorrer dificuldade de sada de gua em contracorrente para possibilitar a sedimentao dos slidos. Assim, a velocidade de sedimentao diminui ao longo da profundidade do decantador, sendo bastante baixa no fundo onde a concentrao de slidos muito elevada. Este tipo de sedimentao predomina em decantadores secundrios de processos de lodos ativados, que so alimentados pelo lodo concentrado do tanque de aerao. Neste caso ntida a ocorrncia de interface lodo/lquido sobrenadante. Quando o lodo colocado em proveta, o deslocamento desta interface pode ser cronometrado ao longo do tempo e atravs de interpretao grfica pode-se calcular a velocidade de sedimentao por zona (VSZ) importante para a interpretao da condio operacional de um processo de lodos ativados. O resultado final, aps 30 minutos de sedimentao, utilizado para o clculo do ndice volumtrico de lodo (IVL).I II III IV

A

B A

B

B

A C D Altura da Interface Cogulos -Lquido C D D

Zonas de Sedimentao (A)

Zonas de Transio (C)

Compresso (D)

Tempo

A sedimentao do tipo IV, tambm chamada de sedimentao por compresso, ocorre no fundo dos decantadores secundrios e nos adensadores de lodo. Neste caso, a suspenso to concentrada que a "sedimentao" d-se pelo peso de uma partcula sobre a outra, provocando a liberao de gua intersticial.

Existem, basicamente, dois tipos de decantadores: os de seo retangular e escoamento longitudinal (Fig. IV.6) com largura de 3 a 27m, comprimento de 10 a 100m e profundidade lateral de 3,0 a 3,5m (para esgoto primrio). A relao comprimento/profundidade 25, enquanto a relao comprimento/largura de 3 10 (usualmente 3 4 ). A inclinao de fundo de 1:12 (para limpeza mecanizada). Empregam tempos de reteno hidrulica de 1,5 3,0 h; tempos maiores levam anaerobiose e liberao de maus odores e gases., enquanto tempos menores reduzem a eficincia.

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tanque de sedimentao zona de alimentao zona de escoamento

zona de lodo

compartimento de coleta do lodo

Fig. IV.6 Decantador de seo retangular e escoamento longitudinal.

e os de seo circular (Fig. IV.7), que mais comumente so alimentados pelo centro e a coleta do efluente decantado feita nas bordas dos decantadores, ao longo da linha da circunferncia. Empregam dimetros de 3,0 a 6,0 m (no so recomendados grandes dimetros), profundidade lateral de 2,5 a 4,0 m (usualmente 3,0 a 3,5 m), inclinao de fundo de 1:12 e TRH de 1,5 3,0 h.

1.removedor de lodo 2.compartimento de coleta do lodo 3.calha de escoamento 4.alimentao

Fig. VI.7 Decantador de seo circular.

Alguns autores preconizam que como decantadores primrios devem ser utilizados preferencialmente os de seo retangular, melhores para a assimilao das variaes de vazo do efluente, e como decantadores secundrios podem ser utilizados os de seo circular, pois nesta situao a variao de vazo de alimentao menor e os decantadores circulares so de implantao mais barata. Pode-se tambm empregar decantadores circulares como primrios, atribuindo-lhes menor eficincia na remoo de DBO. Os removedores mecanizados de lodo e a estrutura em concreto armado so os principais componentes do custo. Os raspadores mecanizados so equipamentos de custo elevado, tanto os rotativos dos decantadores circulares como os que so movidos por pontes rolantes ao longo do comprimento do decantador. Os decantadores de seo circular so tambm favorecidos com relao aos custos da estrutura em concreto armado. Os decantadores retangulares possuem o fundo ligeiramente inclinado para que o lodo raspado seja direcionado ao poo de lodo, posicionado no incio do decantador, de onde removido atravs de bombeamento ou presso hidrosttica. No trecho final do decantador30


esto posicionadas, superfcie, as canaletas de coleta do efluente decantado cujas funes so as de reduzir a velocidade do efluente na regio de sada evitando-se a ressuspenso de lodo. Nestes decantadores pode ser observada tambm uma tubulao transversal de coleta de escuma superficial identificada por skimmer. As comportas de distribuio dos efluentes, no canal de entrada do decantador, tm a funo de evitar escoamentos preferenciais. Para o tratamento de alguns efluentes industriais so necessrios removedores de lodo atravs de aspirao. Este processo mais sofisticado se justifica quando os slidos sedimentados so to leves que podem ser ressuspensos pela ao dos raspadores. Nas estaes de pequeno porte pode-se optar pelo emprego de decantadores sem raspador mecnico de lodo, derivados dos chamados decantadores Dortmund. O decantador Dortmund de seo circular em planta mas com o fundo em tronco de cone invertido com paredes bem inclinadas, permitindo que todo o lodo convirja para um nico "poo de lodo", de onde o lodo sedimentado pode ser removido por presso hidrosttica. So posicionados anteparos na regio de entrada dos efluentes para direcionar o fluxo de slidos para baixo e na regio de sada para a reteno de escuma. Uma tubulao com derivao horizontal posicionada para a remoo do lodo sedimentado por presso hidrosttica. Podem tambm ser utilizados os decantadores desprovidos de remoo mecanizada de lodo de seo quadrada em planta, de fundo com o formato de tronco de pirmide invertida. Destes, derivaram os de seo retangular em planta com fundos mltiplos troncopiramidais. Estes decantadores so baratos para serem implantados por no possurem os removedores mecanizados de lodo. No entanto, consomem mais concreto armado para a construo dos fundos mltiplos e so mais profundos, o que aumenta os problemas de escavao.

Dimensionamento de decantadores primrios De acordo com a NB-570, os decantadores primrios devem ser dimensionados com base na vazo mxima horria de efluente e para vazes de dimensionamento superiores a 250 L/s deve-se empregar mais de um decantador. Para a determinao da rea de decantao deve-se utilizar como parmetro a taxa de escoamento superficial. Na literatura internacional so recomendadas taxas na faixa de 30 a 60 m3/m2.dia e tempo de reteno hidrulica entre 1,5 e 3,0 h. A NB-570 impe trs condies para a adoo da taxa de escoamento superficial para decantadores primrios: a) at 60 m3/m2.dia, s tratamento primrio b) at 80 m3/m2.dia, seguido de filtros biolgicos c) at 120 m3/m2.dia, seguido de lodos ativados A NB-570 recomenda tempo de reteno hidrulica superior a 1 h, com base na vazo mxima de efluente e inferior a 6 h, com base na vazo mdia. Determina-se a rea de decantao atravs da taxa de escoamento superficial e o volume do decantador atravs do tempo de reteno. Obtendo-se rea e volume, pode-se obter a profundidade til dos decantadores.

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Para decantadores retangulares a relao comprimento largura deve ser superior a 2:1, sendo tpicos valores na faixa de 3:1 a 4:1, ou mais. As profundidades dos decantadores variam de 2,0 a 4,5 m, sendo mais comuns na faixa de 3,0 a 4,0 m. A NB-570 impe que os decantadores devem possuir profundidade superior a 2,0 m. Os sedimentadores lamelados empregam um conjunto de lminas, em geral de material plstico, inclinadas e espaadas de alguns cm, que permitem aumentar a eficincia de coleta das partculas. Em decorrncia, esses sedimentadores operam com capacidades bastante elevadas (da ordem de 20 m3/m2.h ou 480 m3/m2.dia).

Determinao da sedimentao floculenta em escala pilotoEm determinados intervalos de altura (ex. 0,60 m) coloca-se registros para a coleta de amostra e determina-se a conc. de slidos suspensos (SS) em funo do tempo. Determina-se o % de remoo para cada tempo e altura e monta-se uma tabela com os dados obtidos (Tabela 1): % = (conc. inicial conc. presente)x100/conc. inicial Faz-se interpolaes entre os pontos calculados para construir curvas de percentagem constante (a intervalos de 5 ou 10%) x tempo (Figura 1). Cada ponto de interseo destas curvas com a linha horizontal que marca o fundo da coluna (altura da coluna - H) define uma taxa de transbordo (v): v = H/ti Uma linha vertical traada de ti, atravessando todas as curvas de % constante, e pontos medianos entre as curvas so definidos (H1, H2, H3, etc.).Para cada tempo ti pode-se construir uma linha vertical e calcular a frao de slidos removida (Tabela 2). RTa = Ra + H1/H (Rb-Ra) + H2/H (Rc-Rb) + ... RTa = frao de slidos removida no tempo ta Ra, Rb, Rc = fraes de % constantes a, b, c. Dois grficos so ento construdos (Figura 2) e destes so retirados o TRH e a taxa de transbordo. Eckenfelder recomenda fatores de scale-up de: - 0,65 para taxa de transbordo - 1,75 para TRH > 150 mm

Coleta de amostras 1060 m

h1

h2

altura aproximada do decantador

2

0,60 m

h330,60 m

0,60 m

Coluna cilndrica com 15 cm e h ao do decantador para o ensaio de sedimentao.

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Tabela 1 Percentuais de remoo de slidos suspensos para cada tempo e altura. Profundidade SST Tempo (min) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 h1 = 0,60 m Presente Removido (mg L-1) (%) 350 255 220 143 122 70 38 28 0 27 37 59 65 80 89 92 h2 = 1,20 m Presente Removido (mg L-1) (%) 350 266 241 192 164 105 77 49 31 0 24 31 45 53 70 78 86 91 h3 = 1,80 m Presente Removido (mg L-1) (%) 350 273 245 217 168 136 91 66 42 0 22 30 38 52 61 74 81 88

Figura 1 Curvas de percentuais de remoo constantes usando uma coluna de 1,8m. Tabela 2. Remoo de todos os % de remoo constante no cilindro de ensaio. t (min) Veloc. de Taxa sup. % remov. de sedim. sedim. c/ veloc. -1 3 -2 -1 v (m h ) (m m d ) v 57 1,89 45,4 70 49 2,20 52,8 60 38 2,84 68,2 50 25 4,32 103,7 35 12 9,00 216,0 25 % remoo com veloc. < v , entre as curvas 25-35 35-50 50-60 60-70 70-85 85-90 % total remov. 10,5 1,8 82,3 8,6 7,5 1,1 77,2 7,8 3,8 3,7 0,5 65,8 10,0 2,7 1,7 1,2 0,2 50,6 6,1 2,2 0,5 0,2 0,1 0,0 34,1

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Por exemplo, para a curva de 70%, obtem-se um tempo de 57 min na altura da coluna (1,80m) e v = 1,80 m / 57 min = 1,89 m/h A linha vertical que parte de 57 min na curva de 70%, encontra os pontos medianos de 1,26 m (entre 70 e 85%) e 0,65 m (entre 85 e 90%). Portanto, a frao removida : RT70 = 70 + 1,26/1,80 (85-70) + 0,65/1,80 (90-85) = 70 + 10,5 + 1,8 = 82,3%

Figura 2 Remoo de SST versus tempo de reteno e taxa de transbordo. Exemplo: Determinar as dimenses de um decantador destinado a reduzir o teor de SST a 150 mg/L, de um efluente com as caractersticas do caso anterior (SS inicial de 350 mg/L), sendo a vazo de projeto de 21.600 m3/d. 1) Reduo desejada de SST = ______________________ = __________ 2) Na curva da da Figura 2, para reduo de _________%: - taxa de escoamento superficial = _____ m3 m-2 d-1 e - tempo de deteno = _____ min Aplicando os fatores de scale-up: - taxa de escoamento superficial = _____ (0,65) = ____ m3 m-2 d-1 e - tempo de deteno = _____ (1,75) = _____ min 3) rea superficial do decantador = Q/Taxa = _________/_______ = ________ m2 - dimetro do decantador, considerando circular (A = d2/4), d = _______ m - volume til do decantador V = Q.t = [(________._____)/(60*24)] = _____ m3 - altura til do decantador = V/A = ____/_______ = ____ m34


IV.2.2. Coagulao/Floculao Processo que visa remover material coloidal e partculas muito finas que sedimentam muito lentamente. Os colides podem ser formados por microorganismos, gorduras, protenas, e argilas, estando o dimetro das partculas coloidais na faixa de 0,1 de 0,01 m. Os colides possuem propriedades eltricas que criam uma fora de repulso que impede a aglomerao e sedimentao das partculas. Assim, as partculas permanecem muito pequenas, e no sedimentam facilmente, no podendo ser removidas por processos fsicos convencionais. Quando a sedimentao torna-se ineficiente, devido velocidade de sedimentao/flotao ser muito pequena, emprega-se o processo de coagulao/floculao. Define-se Coagulao como o processo de desestabilizao de colides e Floculao como o processo de agregao e neutralizao de colides mas, geralmente, estes processos ocorrem simultaneamente chamando-se assim o processo de Coagulao/Floculao. A desestabilizao de colides pode ser conseguida por diversos meios: calor, agitao, adio de agentes coagulantes qumicos, processos biolgicos, passagem de corrente eltrica (eletrocoagulao), ou ainda a eletrocoagulao com a adio de coagulantes qumicos. A adio de agentes coagulantes muito utilizada, sendo tambm eficaz para a remoo de fsforo, tendo como desvantagens o custo dos produtos qumicos e o maior volume de lodo formado. As grandes vantagens so a praticidade e a boa qualidade dos efluentes obtidos. Os coagulantes mais comuns so o sulfato de alumnio e o cloreto frrico (reaes 1 e 2 abaixo). Entretanto, o uso de polieletrlitos sintticos tem suplantado os coagulantes tradicionais. Al2(SO4)3.14H2O 2Al(OH)3 (s) + 3H2SO4 + 8H2O FeCl3 + 3H2O Fe(OH)3 (s) + 3HCl (1) (2)

Estas substncias neutralizam as cargas eltricas dos colides e das partculas pequenas, induzindo a formao de flocos, que apresentam maior velocidade de sedimentao. O processo pode ser conduzido em um ou mais tanques, sendo constitudo de uma etapa de agitao rpida para a coagulao e de outra de agitao lenta para a floculao. O lodo gerado (sedimentado), em geral, deve ser adensado e ter um destino adequado. A dosagem de coagulante, bem como o pH adequado para as etapas de coagulao/floculao, devem ser determinados em laboratrio atravs do ensaio de Jar Test.

Teste de jarros (Jar test) O Teste dos Jarros utilizado para determinar a dosagem tima de coagulante, bem como a influncia e melhor faixa de pH a ser utilizada. O teste, geralmente, conduzido em uma srie de jarros (bechers) contendo a amostra (500 a 1000 mL) a ser tratada, na qual foram predeterminadas algumas caractersticas como pH, turbidez, alcalinidade e DQO.

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O volume inicial de gua em cada becher deve ser igual para todos os jarros. Geralmente utilizam-se 6 jarros simultnea e uniformemente agitados constantemente. A cada um dos jarros adiciona-se uma dosagem diferente de coagulante, sendo que um utilizado como controle (sem coagulante). Em seguida, a dosagem que apresentar melhor desempenho na coagulao fixada e repete-se o experimento variando-se o pH, a fim de determinar o melhor pH de coagulao. Os resultados podem ser determinados atravs da eficincia de remoo, tanto para DQO quanto para turbidez, determinando-se o pH e a dosagem tima. O par de valores, pH/concentrao de eletrlitos, que melhor coagula o sistema coloidal, ser aquele que apresentar a maior eficincia de remoo, medida atravs da DQO:

= [ (DQO)b (DQO)t ]/(DQO)bonde b indica o despejo bruto e t o despejo tratado. No caso de se obter flocos de reduzida sedimentabilidade, o que elevaria sobremodo a rea de captao do sedimentador, deve-se utilizar uma operao unitria para a separao slido-lquido denominada de flotao, que ser comentada em seguida.

IV.2.3. Flotao O processo de flotao visa a remoo de partculas em suspenso e/ou flutuantes (fase dispersa) de um meio lquido (fase contnua) para o caso em que a densidade da fase dispersa menor que a da fase contnua. Trata-se de processo fsico muito utilizado para a clarificao de efluentes e a conseqente concentrao de lodos, tendo como vantagem a necessidade reduzida de rea e como desvantagem um custo operacional mais elevado devido mecanizao. A flotao deve ser aplicada principalmente para efluentes com altos teores de leos e graxas e/ou detergentes, como os oriundos de indstrias petroqumicas, de pescado, frigorficas, laticnios e de lavanderias. A flotao pode ser dividida em dois tipos: Flotao Espontnea e Flotao Estimulada, que por sua vez se divide em: Flotao por Ar Induzido (FAI) e Flotao por Ar Dissolvido (FAD). Flotao Espontnea Este processo opera baseando-se na diferena entre as densidades das fases dispersa e contnua. Quando a densidade da fase dispersa (substncia a ser eliminada) menor do que a da fase contnua (meio lquido), a substncia flota naturalmente. Este tipo de flotao , geralmente, utilizada para remoo de leo ou slidos que apresentem densidade menor que a da gua e, por conseqncia, flotam naturalmente. Um exemplo de flotao espontnea o separador gua/leo (separador gravimtrico ou separador API). Nestes separadores o leo, por apresentar densidade menor do que 1,0 g/cm3, flutua. Este tipo de equipamento indicado para efluentes com alto teor de leos e graxas (refinarias, indstrias de alimentos) e nada mais que um grande sedimentador para promover a separao do leo no emulsionado por gravidade. A camada de leo deve ser

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continuamente removida, podendo ser retirada da superfcie atravs de mecanismos raspadores skimmers, e um reservatrio previsto para a coleta desse resduo. O critrio padro para o projeto desses equipamentos foi desenvolvido pelo American Petroleum Institute, da a denominao de separadores API.

Flotao por Ar Induzido (FAI) A flotao estimulada baseia-se na facilidade com que partculas lquidas ou slidas se agregam a bolhas de gs, formando um sistema partcula-bolha de densidade menor que a do lquido na qual se encontra em suspenso. Na Flotao por Ar Induzido (Fig. IV.8), a obteno do sistema partcula-bolha se d atravs da injeo de ar atravs de ejetores ou difusores porosos. Procura-se gerar bolhas de pequeno dimetro que no seu movimento ascendente carreiem o material adsorvido para o topo do equipamento, onde ele forma uma escuma. O sistema partcula-bolha carreado para a superfcie do lquido pelo aumento da fora de empuxo, provocada pela fixao das bolhas de ar s partculas.Flotado Efluente bruto ar Efluente tratado

Fig. IV.8 Flotador por ar induzido (FAI).

Flotao por Ar Dissolvido (FAD) O principio da FAD o mesmo da FAI, diferindo apenas na forma de obteno do sistema partcula bolha. A flotao por ar dissolvido consiste na saturao de ar solvel no lquido atravs do aumento de presso. O ar previamente dissolvido no efluente (na corrente de efluente bruto (Fig. IV.9) ou numa corrente recirculada de dentro do flotador (Fig. IV.10)) numa cmara de presso (presso absoluta acima de 2 atm). Desta cmara o efluente segue para o flotador, sujeito a uma presso menor (presso atmosfrica 1 atm). Com a reduo de presso, o ar que se encontrava dissolvido, tende a desprender do lquido, formando microbolhas com grande rea interfacial para coleta das partculas em suspenso (gotculas de leo). As microbolhas aderem superfcie das partculas e promovem o arraste destas para a superfcie livre da clula de flotao. A concentrao de ar dissolvido ser funo da temperatura, da presso e, principalmente, das caractersticas fsico-qumicas do efluente.

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Escola de Qumica / UFRJ EQB-485 Engenharia do Meio Ambiente Notas de Aula Tratamento de Efluentes Lquidos - Profa. Magali Christe CammarotaTanque de reteno Ar Efluente Bruto Efluente tratado Vlvula redutora de presso

Raspador Flotado

Fig. IVI.9 Flotador por ar dissolvido (FAD) sem recirculao.

Tanque de reteno Ar

Efluente bruto

Raspador

Flotado

Efluente tratadoVlvula redutora de presso

Reciclo

Fig. IV.10 Flotador por ar dissolvido (FAD) com recirculao. Os processos explicados anteriormente fazem uso da flotao sob presso. No entanto, o processo tambm pode ser conduzido a vcuo. Na flotao a vcuo ocorre primeiro a saturao do efluente por ar. Aps, o efluente conduzido a um tanque sob vcuo parcial o que faz com o ar dissolvido no efluente seja instantaneamente liberado sob a forma de micro-bolhas. O processo de flotao geralmente precedido de uma etapa de coagulao/floculao, atravs da adio de polieletrlitos e substncias que provocam a formao de flocos ou cogulos que melhoram a eficincia do processo de flotao. Neste caso, tem-se a flotao quimicamente auxiliada. Como a flotao depende do tipo de superfcie da matria particulada, testes de laboratrio e em plantas piloto so usualmente realizados para verificar os critrios de projeto. Os fatores que devem ser considerados no projeto de unidades de flotao incluem a concentrao do material particulado; a quantidade de ar usado; a velocidade de ascenso da partcula; e a taxa de alimentao de slidos. Ao invs de promover a separao leo-gua com base na diferena de densidade dessas substncias pela ao da gravidade (g), os separadores centrfugos (tambm conhecidos como hidrociclones (Fig. IV.11)) geram aceleraes dezenas de vezes maiores que a da gravidade. So equipamentos de pequenas dimenses, podendo ser empregadas vrias unidades operando em paralelo para atender as necessidades da indstria.

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vrtex sada superior (sobrenadante) entrada tangencial

pulverizador Apexsada inferior (pulverizao)

Fig. IV.11 Separador centrfugo ou hidrociclone.

IV.2.4. Precipitao qumicaOs processos de coagulao/floculao, seguidos de sedimentao ou flotao, se aplicam remoo de material insolvel em suspenso, de origem orgnica e inorgnica. J a precipitao qumica se aplica remoo de material inorgnico dissolvido no efluente, em particular os metais pesados, presentes em elevados teores em efluentes de indstrias metalrgicas, mecnicas e galvanoplastias. Nestas indstrias a remoo de metais o alvo principal do tratamento. Em geral os metais so solubilizados em condies cidas e precipitam em condies alcalinas. A precipitao de metais ocorre pela formao de hidrxidos metlicos, devendo ser verificada a curva de solubilidade dos metais (pH x solubilidade). A maior dificuldade a precipitao concomitante de diversos metais, sem que as curvas de solubilidade apresentem coincidncias entre as concentraes mnimas. Deve-se observar tambm se as concentraes mnimas obtidas pelo tratamento, quando a precipitao ocorre em um pH comum a diversos metais, so inferiores aos limites estabelecidos para lanamento nos corpos receptores ou na rede coletora. A precipitao de metais na forma de sulfetos tambm muito eficiente, posto que sulfetos metlicos apresentam solubilidade muito baixa. No entanto, o processo exige cuidados, pois h risco de emisso de gs sulfdrico (H2S).

Oxidao de cianetosComo os efluentes de algumas indstrias contm, alm de metais pesados, elementos txicos como o cianeto, faz-se necessria a oxidao desses ons, para destruir as ligaes formadas entre os cianetos e os metais txicos a eles ligados. Deve-se ressaltar que se os metais estiverem complexados pelos cianetos, torna-se impossvel a sua precipitao. Os metais mais comumente ligados ao cianeto so o zinco, o cobre, o nquel, a prata e o cdmio.

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A oxidao dos cianetos ocorre pela reao do on hipoclorito em meio alcalino, com a formao do gs carbnico e nitrognio. Os metais aps a oxidao dos cianetos tornam-se insolveis na forma de hidrxidos. O tempo da reao de aproximadamente 1 h, e o pH deve ser superior a 11,5 para evitar a liberao de cloreto de cianognio (ClCN), gs extremamente txico. As reaes tpicas de oxidao so: NaCN + NaOCl NaOCN + NaCl 2 NaOCN + 3 NaOCl + H2O 3 NaCl + 2 NaHCO3 + N2

Reduo de cromo hexavalenteA utilizao de cromo hexavalente nos banhos de galvanoplastias e curtumes a principal origem do cromo nos efluentes industriais. O cromo ainda utilizado como componente de tintas anticorrosivas e em tratamento de guas para sistemas de resfriamento. O cromo na forma hexavalente solvel em pH cido ou alcalino. Para que ocorra a sua remoo necessrio que o mesmo seja reduzido para a forma de cromo trivalente e precipitado como hidrxido. No caso do on cromato, o Cromo +6 reduzido para o estado de oxidao +3 pela ao do dixido de enxofre ou compostos derivados (bissulfitos). A reduo do cromo ocorre em pH cido, inferior a 2,5. A velocidade da reao diminui rapidamente se o pH for superior a 3,5, estando as reaes apresentadas a seguir: 2 H2CrO4 + 3 SO2 Cr2(SO4)3 + 2 H2O 4 H2CrO4 + 6 NaHSO3 + 3 H2SO4 2 Cr2(SO4)3 + 3 Na2SO4 + 10 H2O H2Cr2O7 + 3 NaHSO3 + 3 H2SO4 Cr2(SO4)3 + 3 NaHSO4 + 4 H2O ou

IV.3. Tratamento secundrio - Processos biolgicosO termo tratamento secundrio engloba todos os processos biolgicos de tratamento de efluentes, tanto os de natureza aerbia quanto os de natureza anaerbia, e visam essencialmente converter a matria orgnica biodegradvel dos efluentes em gases e slidos inorgnicos (sulfatos, hidrxidos, etc..) e material biolgico sedimentvel, que podem ser separados do efluente por sedimentao. Na maioria das vezes, esses processos so empregados em conjunto com processos fsicos e qumicos utilizados no prtratamento e tratamento primrio do efluente. Os seguintes processos se destacam nesta fase de tratamento: lodos ativados lagoas aeradas lagoas de estabilizao filtros biolgicos digestores anaerbios

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Estes e outros processos sero vistos com mais detalhamento mais adiante. Os processos de tratamento biolgico tm como princpio utilizar a matria orgnica dissolvida, coloidal e em suspenso (DBO carboncea) como substrato para microorganismos como bactrias, fungos e protozorios, que a transformam em gases, gua e novos micro-organismos. Os micro-organismos, atravs de mecanismos de produo de exopolmeros, formam flocos biolgicos mais densos que a massa lquida, da qual se separam com facilidade; ou formam filmes aderentes a superfcies slidas. A capacidade de adeso e/ou floculao desses micro-organismos serve de base para a classificao dos biorreatores. Assim, h os biorreatores com biomassa em suspenso (lodos ativados, lagoas aeradas) e aqueles com biomassa aderida a suportes biomassa fixa (filtros biolgicos, discos biolgicos, leitos fluidizados). Nos processos aerbios, um consrcio de micro-organismos (predominantemente bactrias aerbias e facultativas) atua de forma a promover a degradao dos poluentes orgnicos, gerando CO2, alguns produtos de metabolismo e novas clulas microbianas. A produo de novas clulas pode ser intensa, gerando um lodo biolgico que dever ser processado e ter um destino final. Nos processos anaerbios, um consrcio microbiano (bactrias e archaeas) assegura a transformao dos poluentes, pelas vias hidroltica e fermentativa, em compostos de um a dois tomos de carbono (CO2, metano, acetato, formiato), alm de hidrognio. O processo gera um gs, que no caso de efluentes com alta DBO, contem alto teor de metano e CO2. A produo de novas clulas , neste processo, muito menor do que no processo aerbio. Os processos biolgicos tambm so empregados para a remoo de DBO nitrogenada. Numa primeira etapa, o nitrognio amoniacal (presente no efluente ou formado no processo de degradao de matria orgnica nitrogenada) transformado em nitrato por um consrcio microbiano constitudo principalmente por bactrias autotrficas aerbias dos gneros Nitrobacter e Nitrosomonas. Com isso, reduz-se a demanda de oxignio e a toxicidade associada a teores mais elevados de amnia. O nitrato, resultante dessa transformao (nitrificao) contribui para acelerar o processo de eutrofizao de sistemas aquticos mais estagnados, como lagos e lagoas. Assim, numa segunda etapa, o nitrato transformado em nitrognio gasoso por bactrias heterotrficas aerbias facultativas, sob condies anxicas, ou seja, num meio sem oxignio dissolvido (desnitrificao). Uma fonte de carbono deve ser fornecida a este consrcio microbiano. Portanto, a sequncia convencional de tratamento para a remoo de DBO carboncea e nitrogenada inclui: processo aerbio ou anaerbio (remoo de DBO carboncea), seguido de processo aerbio (nitrificao) e, caso a remoo de nitrato seja desejada, de um processo anxico (desnitrificao). Os processos biolgicos de tratamento reproduzem em escala de tempo e rea os fenmenos de autodepurao que ocorrem na natureza. Os produtos formados devem ser mais estveis, tendo os esgotos ou efluentes industriais tratados um aspecto mais claro devido remoo da matria orgnica em suspenso (coloidal ou sedimentvel) e dissolvida, bem como pela reduo da presena de microorganismos. O grau de tratamento requerido funo da legislao ambiental, ou seja, das caractersticas ou pelo uso preponderante atribudo ao corpo receptor.

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IV.4. Tratamento tercirioO tratamento tercirio, tambm conhecido como tratamento avanado, consiste numa srie de processos destinados a melhorar a qualidade de efluentes provenientes dos tratamentos primrio e/ou secundrio. Geralmente, o tratamento tercirio pode ser empregado na reduo de: slidos em suspenso, carga orgnica biodegradvel e no biodegradvel, micropoluentes, cor, sais minerais e nutrientes, atravs dos seguintes processos: lagoas de maturao filtrao adsoro com carvo ativado troca inica processos com membranas (ultrafiltrao, osmose inversa) oxidao qumica Esses processos no tem sido amplamente aplicados a nvel industrial no tratamento de efluentes, porm seu emprego em maior escala est previsto, devido a exigncias crescentes de qualidade dos efluentes e pela possibilidade de reciclagem e reuso tanto da gua como de outros insumos.

IV.4.1. Lagoas de maturaoSo utilizadas para o tratamento tercirio de efluentes oriundos de processos biolgicos de tratamento, tais como filtros biolgicos, lodos ativados e lagoas facultativas. A finalidade produzir um efluente de alta qualidade atravs da remoo de slidos em suspenso, da diminuio do nmero de bactrias e das concentraes de nitratos e fosfatos e, em pequena proporo, de uma reduo adicional da DBO. Os mecanismos biolgicos envolvidos so semelhantes aos dos outros processos aerbios de crescimento suspenso. Operacionalmente, os slidos biolgicos residuais so respirados endogeneamente e amnia convertida a nitrato usando o oxignio fornecido pela reaerao superficial e pelas algas. Um tempo de reteno 18 a 20 dias tem sido sugerido como o perodo mnimo necessrio para a completa respirao endgena dos slidos residuais. Para manter condies aerbias, as cargas aplicadas so bastante baixas.

IV.4.2. FiltraoO uso da filtrao por gravidade, similar ao empregado nas instalaes de tratamento de guas, pode ser utilizado para remover slidos em suspenso e bactrias que no foram removidos no decantador secundrio (polimento). Os filtros de areia ou areia e antracito, alm de filtros rotativos, so os mais empregados. O uso de filtros pode reduzir de 25 a 10 mg/L os slidos em suspenso provenientes de uma planta de lodo ativado. Agentes coagulantes, como sulfato de alumnio, e polieletrlitos podem ser empregados para melhorar a eficincia de remoo desses slidos. O uso de coagulantes e sedimentao, seguida de filtrao, pode levar o nvel dos slidos suspensos a valores extremamente reduzidos.

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IV.4.3. Adsoro em carvo ativadoFrequentemente, depois do tratamento secundrio, coagulao, sedimentao e filtrao, ainda temos presente no efluente compostos orgnicos solveis que no so biodegradveis e que so responsveis por odores e sabores no desejveis. Esses compostos, em geral, podem ser detectados pelo teste de DQO, podendo ser removidos por adsoro em carvo ativado. Alm desses compostos, o processo de adsoro em carvo ativado pode ser empregado na reduo de micropoluentes orgnicos e metais pesados (prata e mercrio so completamente removidos, j o chumbo e o cobre so reduzidos a nveis aceitveis). O carvo ativado preparado a partir de matrias primas carbonceas como ossos, madeira, carvo mineral e outros materiais. O processo de ativao trmica consiste na desidratao e carbonizao seguida da aplicao de vapor. Aps o processo trmico obtm-se uma estrutura bastante porosa com elevada rea superficial. Depois de saturado, o carvo pode ser reativado atravs de aquecimento temperatura e sob atmosfera adequados, de modo a desobstruirmos os poros. O material adsorvido queimado e o carvo ativado recupera a sua capacidade inicial. Pode-se empregar duas formas de carvo: em gros ou em p. A forma mais empregada o carvo ativado granular, que possui um tamanho de partcula superior a 0,1 mm e mais fcil de regenerar. A economia do processo de adsoro depende da possibilidade de recuperao do carvo ativado, devendo-se ter em conta que em 10 a 14 regeneraes h uma perda de 7 a 10% e uma ligeira diminuio de sua capacidade de adsoro. Existe ainda o problema da disposio final do carvo exaurido e no reciclvel.

IV.4.4. Troca InicaO processo de troca inica tem sido aplicado na recuperao e purificao de materiais 137 90 radioativos existentes em resduos radioativos (por ex: Cs e Sr), bem como na remoo de poluentes de efluentes industriais (sulfato de zinco, cdmio, nquel, etc. e cromatos). A utilizao de resinas de troca inica para a remoo de poluentes em efluentes industriais tem um grande potencial de aplicao.

As resinas sintticas so obtidas atravs da polimerizao de vrios compostos orgnicos, sendo os mais usados os copolmeros de estireno e divinilbenzeno numa proporo de 8098% e 2-20%, respectivamente. Atravs de um processo de sulfonao da matriz (material resultante da polimerizao ) obtemos as resinas catinicas. J as resinas aninicas so, em sua maioria, obtidas por clorometilao e aminao. Ex: resina catinica - remove os ctions (Zn , Ni , Cu , Mg , etc.) 2+ + H2-R + Cu Cu-R + 2 H Ex: resina aninica - remove os nions (SO4=, CrO4= , etc.) R-(OH)2 + SO4= R-SO4 + 2 OH432+ 2+ 2+ 2+


O sentido das reaes de troca inica depende principalmente da afinidade da resina pelos diversos ons em soluo, o que chamado de seletividade da resina. A seletividade depende de fatores externos como presso e temperatura, mas est ligada principalmente natureza e valncia do on, ao tipo de resina (macro ou gel), ao seu grau de saturao e a concentrao inica da soluo aquosa. Em geral, a resina catinica tem mas afinidade por ctions de maior valncia e entre os de mesma valncia, a resina tem maior afinidade por ctions maiores. Por exemplo: Ba2+ > Ca2+ > Cu2+ > Zn2+ > Mg2+ > NH4+ > K+ > Na+ > H+ (seletividade em ordem decrescente). A seletividade nas resinas fortemente bsicas (resina aninica) ser pelos nions fortes (sulfato, cloreto, nitratos) sobre os fracos (carbonatos, bicarbonatos, silicatos), indicando que a reteno preferencial ser dos nions fortes em detrimento dos fracos, que podero ser deslocados por aqueles. As resinas catinicas so regeneradas com cidos (H2SO4 ou HCl ), enquanto as aninicas so regeneradas com soda quente.

IV.4.5. Processos de separao com membranasSo processos utilizados para a remoo de partculas de um solvente (filtrao).Utilizamse da tecnologia de membranas semipermeveis, que funcionam como um filtro, deixando a gua passar por seus poros, impedindo a passagem de slidos dissolvidos. Em todos os processos de separao com membranas o transporte de uma dada espcie, atravs da membrana, ocorre devido a existncia de uma fora motriz. A fora motriz para estes processos o gradiente de presso, sendo empregados para concentrar, fracionar e purificar suspenses e solues diludas ou disperses coloidais. Quanto menor o poro da membrana, maior ter que ser a presso exercida, logo maior o custo. A Figura IV.12 apresenta os vrios tipos de processos com membranas empregados para remoo de microrganismos, molculas de alto, mdio e baixo peso molecular e at sais inorgnicos.Dim e ns es das P a rtcu las e M ol cu las (m ) M icroO rganism os 1 m M ac rom ol cula s e V rus 10-5

T cn ica d e S e pa ra oFiltraoM ic rofiltra o C lu las / C olides M ateriais em S usp enso

10

-6

gua

Sa is

M olcu las de m dio PM

M em bra naM acro m o lculas

U ltrafiltrao-7 M o lcu las d e m dio PM M olcula s d e m dio P M

M acrom olcu las M em brana gua S ais

10

M olc ulas d e m d io P M

10

-8

N ano filtra o

10 M olc ulas d e baixo P M e on s o 1A tom os

-9

M em brana gua S ais

O sm o se Inv ers a - 10 Sais gu a

10

M em brana

Fig. IV.12 Processos de separao com membranas.44

Escola de Qumica / UFRJ EQB-485 Engenharia do Meio Ambi

apostila magali cammarota

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