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IMEQuímica II - 2 ano

TRATAMENTO DE EFLUENTESI -FONTES NÃO CONVENCIONAIS DE ENERGIA

I.1 – Introdução

Substituição de fontes convencionais de energia (carvão, xisto, petróleo), por fontes nãoconvencionais:

a) Álcool carburanteb) Energia solar c) Energia eólicad) Energia térmica dos oceanose) Energia nuclear

Floresta Amazônica Floresta estacionária (Lei de Lavoisier)Pulmão do mundo OceanosÁlcool motorEtanol como combustível Ciclo fechado;

Não polui como os combustíveis fósseis.

I.2 - Desenvolvimento Sustentável

Preservação dos recursos minerais com aproveitamento dos resíduos industriais

a)Melhorar os padrão de vida sem comprometer as gerações futuras;b)Produtos químicos, essencial para os objetivos econômicos e sociais da humanidade;c)Desenvolver novos produto/processos químicos para melhor aproveitamento recursos naturais;d)Atrasos no desenvolvimento da industria química Atraso no desenvolvimento tecnológico;e)Gerenciamento ambiental;f)A indústria química Parceria com os órgãos oficiais a opinião pública.

A poluição ambiental resultado Acumulação de resíduos gerados pelas atividades humanas (metabolismo/atividades produtivas)

Vias hídricas Responsáveis por 4/5 das transmissões de doenças; Substancial redução por volta do início deste século (operação de filtração); Desinfecção final das águas tratadas (ação oxidante do cloro).

Estratégias para o respeito as leis que regulam o lançamento de despejos:

1)Organismo governamental para uma dada bacia hidrográfica de uma dada região;

2)Desenvolver tecnologia para se atingir os padrões de lançamento desejado;

3)Preparar pessoal de órgãos de fiscalização.

I.3 - O Que São Efluentes Industriais ?

2º Ano Básico - Tratamento de Efluentes Maj Dumani1

Efluente Industrial é todo e qualquer resíduo, seja líquido, sólido ou gasoso, geradoe descartado como conseqüência dos processos químicos ou físicos necessários àobtenção de um produto acabado através de uma atividade industrial, seja ela defabricação, recuperação, extração ou transformação.

Atividades industriais geradoras de despejos Siderurgia e metalurgia (Fundições) Reações químicas (Ind. Petroquímica); Transport de materiais (Ind. alimentícia); Processos de separação (Ind. do papel); Trat reações químicas (Galvanoplastia); Secagem e desidratação (Ind. doaçúcar); Resfriamento (Termelétricas); Limpeza e manutenção (Todas); Serviços sanitários (Águas servidas); Outras origens (Vazamentos).

Atividade poluidora Atividade que provoque qualquer alteração das propriedades físicas, químicas ou biológicas do meio ambiente podendo causar prejuízo as populações, prejudicar o uso adequado do meio ambiente, causar danos à fauna e flora e gerar desequilíbrio ecológico.

I.4 - Qualidade do Corpo Receptor

Corpo Receptor Corpo natural de água (rio, lago, oceano), no qual são lançados os despejos de natureza líquida.

Qualidade do corpo receptor Reflete o estágio de poluição desse corpo receptor

I.5 - Contribuição da Engenharia Química no Controle de Poluição de Águas

Engenheiro sanitarista Profissional que inicialmente realizava toda a atividade de engenharia no controle da poluição das águas; Esgoto doméstico características relativamente constantes.

Expansão industrial Despejos de origem industrial (complexidade na caracterização)Engenheiro químico Processos e operações utilizados na indústria química

I.6 - Conceitos de Projeto de Controle de Poluição

a) End of pipeb) In plant

I.7 - Grau de Tratamento de Efluente

Grau de tratamento de efluentes, fatores básicos:a) Qualidade do efluente antes de ser lançado no corpo receptor;b) Legislação em vigor (regula padrões de qualidade para lançamento do despejo)

O tratamento de um despejo pode ser dividido em três etapas: primário; secundário e terciário


I.8 - Origem Dos Despejos

a) Despejo Domésticob) Despejo Industrialc) Despejo Agrícolad) Despejo Pluviais

I.9 - Padrões de Qualidade de Efluentes

Padrões definidos por agências oficiais de âmbito estadual e federal, visam:

a) Qualidade do efluente Definem a quantidade de agentes poluentes que podem ser lançados num corpo

receptor.

b) Qualidade do corpo receptor Definem a quantidade de agentes poluentes que podem estar contida num corpo

receptor.

I.10 - Escolha do Tipo de Tratamento

A seleção de um determinado tipo de tratamento depende dos seguintes fatores:

a) Características do DespejoDQO, DBO, percentuais sólidos em suspensão, densidade dos sólidos, pH,

presença de substâncias coradas e toxicas, microorganismos patogênicos e etc.

b) Padrões de Lançamento de DespejoAnálise dos padrões de lançamento de despejo no corpo receptor, regulamentados

por legislação vigentes.

c) Disponibilidades e Custo da TerraCertos tipos de unidades de tratamento demandam áreas para sua instalação.

II.11 - Objetivos do Tratamento de Despejos

a) Melhoria da qualidade do despejo em níveis compatíveis com a manutenção doequilíbrio da biota do corpo receptor.

b) Possibilidade de manutenção dos pontos de tomada da água de abastecimento (apóstratamento da mesma) à jusante do ponto de lançamento do despejo tratado.

c) Reutilização na própria planta industrial, das águas para fins de processo ou trocatérmica.


II - CARACTERIZAÇÃO DAS ÁGUAS E DOS DESPEJOS

II.1 -Introdução

O vetor poluição é constituído por:

a) Matéria em SoluçãoDe natureza orgânica ou inorgânica, biodegradável ou não, ionisável ou não, tóxica

ou não ou pelo menos, inibidoras do desenvolvimento da micro flora e da fauna do corporeceptor.b) Matéria em Estado Coloidal ou Emulsão

Refere-se a óleos e graxas, filmes superficiais ou espumas.c) Matéria em Suspensão

Descartáveis ou não, de natureza orgânica ou inorgânica.

Caracterização por via química direta Composição de um dado despejo (imensa variedade)

Solução Parâmetros globais (utilização de indicadores de poluição); Função da natureza e da concentração dos constituintes.

II.2 - Variação da Qualidade da Amostra

Variação da qualidade da amostra Instante de coleta da amostra e da medida experimental, causas:

a) BiológicoDegradação de certos constituintes do despejo pela ação de microorganismos.

b) QuímicaOxidação gradual, pelo oxigênio atmosférico. Evitar contato entre amostra ar

atmosférico.c) Física

Decantação ou coalescência das emulsões, adesão de filmes superficiais nasparedes do frasco que contém a amostra.

II.3 - Métodos Globais

a) Demanda Teórica de Oxigênio (DTO)Corresponde a quantidade estequiométrica de oxigênio necessária para oxidar

completamente uma dada substância. É expressa em ppm. A DTO, só pode sercalculada, se tivermos uma análise química completa (quali e quantitativamente) dosconstituintes oxidáveis do despejo.b) Demanda Química de Oxigênio (DQO)

Corresponde a quantidade de oxigênio necessária para oxidar, quimicamente, umadada substância. A oxidação é feita pela ação química do Cr2O7 ou MnO4 em meiofortemente ácido.c) Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO)

Corresponde à quantidade de oxigênio consumida pelos microorganismosaeróbicos, para realizar a degradação (metabolização) de todo as substânciasbiodegradáveis presentes no despejo.


É um indicativo da quantidade de matéria orgânica degradável presente noefluente;Quanto mais alta a DBO, maior a quantidade de matéria orgânica presente emaior, portanto, será o potencial poluidor do efluente.

d) Oxigênio Dissolvido

II.4 Qualidade da Água

A qualidade da água decorre de sua origem e, principalmente, se sua história. Asvariações de qualidade, dependem das circunstâncias por que passam estas águas,recebendo substâncias nela solúveis ou transformando outras não solúveis sob a formade sedimentos. Condições climáticas, geográficas e geológicas desempenhamigualmente um papel importante na qualidade final das águas.

II.5 - Principais Critérios de Qualidade de Despejo

5.1) TURBIDEZ Medida da opacidade do despejo comparada com certos padrões5.2) COR5.3) CONCENTRAÇÃO DE OXIGÊNIO DISSOLVIDO (OD)5.4) DUREZA Presença de sais de cálcio e de magnésio contidos no despejo.

A dureza é normalmente expressa em ppm de CaCO3.5.5) pH5.6) SÓLIDOS TOTAIS DISSOLVIDOS Natureza orgânica ou inorgânica5.7) SÓLIDOS EM SUSPENSÃO (SS)5.8) SÓLIDOS FLUTUANTES Óleos, as graxas e o petróleo5.9) CONCENTRAÇÃO DE MATERIAL TÓXICO5.10) TEMPERATURA5.11) MICROORGANISMOS5.12) SUBSTÂNCIAS BIOLOGICAMENTE DEGRADÁVEIS5.13) AGENTES TÓXICOS

II.6 - Valores máximos admissíveis das seguintes substâncias (Resolução do. CONAMA 20/86)

Substância ConcentraçãoAmônia 5,0 mg N/L efluente

Arsênio total 0,5 mg As/L efluenteCianetos 0,2 mg CN/L efluente

Cobre 1,0 mg Cu/L efluenteCromo VI 0,5 mg Cr/L efluenteCromo III 2,0 mg Cr/L efluenteManganês 1,0 mg Mn/L efluente

Níquel 2,0 mg Ni/L efluenteOrganofosforados 100,0 mg/L efluente

Pesticidas, solventes 0,05 mg/L efluenteÍndice de fenóis 0,5 mg/L efluente


III - PROCEDIMENTO GERAL PARA O CONTROLE DE POLUIÇÃO DE ÁGUAS

III.1 - Minimização dos Efeitos do Lançamento de Despejos

Objetivo inicial Reduzir o volume do despejo final.a)Segregação das correntes Corrente do processo de fabricação; Águas de uso sanitário e para limpeza Águas utilizadas nas operações de trocas térmicasb)Conservação do despejo Planta industrial em regime de circuito fechado

(recirculação)c)Alterações introduzidas no processo/equipamentos Avaliação técnica e econômicad)Reutilização total ou parcial das correntes Reutilizar despejos tratados;

Pouco utilizadoe)Eliminação de descargas intermitentes Reservatório para acumulação de descargas

intermitente

III.2 - Tipos de Tratamentos Para os Efluentes Industriais Líquidos

a) Tratamento PrimárioSão tratamentos de natureza mecânica, física, ou ainda físico-químico. É

empregado para a remoção de sólidos em suspensão e material graxo (óleos e graxas). Visa unicamente à remoção de material em suspensão e, ou, flutuantes bem como

homogeneizar o efluente, acertar o pH do despejo, transformar substânciaspotencialmente tóxicas como cianeto e cromo VI em formas menos nocivas erestabelecer o teor de oxigênio dissolvido na água (Reduzir a DQO).

a.1) Tipos de Tratamento Primário

Gradeamento (Peneiração)Homogeneização (Equalização)

NeutralizaçãoCoagulação/Floculação/Flotação

Decantação (Sedimentação)Filtração

Tratamentos especiais

Gradeamento (Peneiração)É aplicado na captação dos efluentes. Consiste da remoção de sólidos grosseiros

através de gradeamento. Tem por função proteger equipamentos posteriores e linhas decondução dentro da estação;

Homogeneização (Equalização)Tem o objetivo de manter as características físico-químicas do efluente o mais

estáveis possível a fim de otimizar a operação dos sistemas subseqüentes. É realizadaem tanques de agitação ou lagoas de equalização através de aeradores flutuantes de altarotação. Tais aeradores têm por finalidade misturar o efluente bruto, fornecer demandaimediata de oxigênio, e evitar que o material sedimentável se deposite na lagoa.

NeutralizaçãoTem o objetivo de levar o efluente ou a mistura de efluentes a um pH de

neutralidade e adequá-lo(s) aos tratamentos físico-químicos e biológicos posteriores.


Soluções de soda cáustica, suspensões de cal, barrilha e soluções de ácido sulfúrico sãoos neutralizantes mais comuns.

Coagulação/FloculaçãoTem o objetivo de transformar as impurezas que se encontram em suspensão fina,

em estado coloidal ou em solução, bactérias e/ou plâncton, em partículas maiores quepossam ser removidas por decantação e filtração. É usada também para remover metaispesados e reduzir matéria orgânica.

Decantação (Sedimentação)É um processo dinâmico de deposição das partículas suspensas na água.

Anulando-se ou diminuindo-se a velocidade de escoamento, as partículas começam adepositar naturalmente. O processo ocorre em um decantador e depende do tempo deresidência.

Após a decantação, as partículas sedimentam no fundo do decantador dandoorigem ao lodo que deve ser removido, secado e eliminado como resíduo sólido (aterrosanitário, incineração, etc...). O lodo removido do decantador deve ser desidratado esecado. A desidratação pode ser feita em prensas desaguadoras ou leitos de secagem.

FiltraçãoOperação usada para remover as partículas sólidas remanescentes da

sedimentação. Pode-se usar filtro de areia, filtro rotativo à vácuo, filtro de cartucho oufiltro prensa. Para efluentes industriais os mais usados são os filtros prensa.

b.1 - Tratamento SecundárioSão tratamento de natureza biológica e visam, essencialmente, à remoção da

matéria orgânica solúvel de natureza biodegradável, ou seja, a matéria orgânica utilizávelcomo substrato pelos microorganismos presentes no meios, existente no efluente quenão tenha sido eliminada no tratamento primário.

Consiste, basicamente, da ação de microrganismos adaptados na digestão damatéria orgânica para reduzir a Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO).

Empregado para remoção, via ação biológica, do material em solução de naturezabiodegradável. É, portanto, característico de todos os processos de tratamento por açãobiológica.

b.1 -Tipos De Tratamento SecundárioEngloba todos os processos biológicos de tratamento de despejo. Dividi-se entre

processos aeróbicos e anaeróbicos.

Processos AeróbicosDentre os processos aeróbicos, o Processo de Lodo Ativado (PLA) é um dos mais

eficiente e desde que seja selecionado o tipo adequado de tratamento, é, de longe, omais empregado em localidades de grande concentração urbana.

Seu funcionamento baseia-se na constatação de que o conteúdo de matériaorgânica solúvel num dado despejo pode ser reduzido se, por um dado intervalo detempo, for mantido em condições de aeração, pH, temperaturae agitação adequadas.

Durante esse intervalo de tempo, há, concomitantemente com a redução doconteúdo da matéria orgânica do despejo, o desenvolvimento de um “lodo” constituido deuma populaçào heterogênea de microorganismos, sendo dentre eles as bactérias os maisimportantes, os quais são justamente os responsáveis pela degradação do despejo. Daídecorre o fato de que esse lodo ser conhecido como “lodo ativado”.


A modelagem matemática do PLA requer a determinação de parâmetros empíricosdefinidos pelo modelo em questão, relações quantitativas como balanço de massa,consumo de oxigênio e condições de sedimentaçào do lodo bem como relações cinéticasrelativas ao processo.

Podemos citar o processo de aeração prolongada, processo de Estabilização porContato, Lagoas aeradas, Lagoas Facultativas., Lagoas de Estabilização e FiltraçãoBiológica como outros processos aeróbicos de tratamentos de despejos.

Processos AnaeróbicosEsses processos são utilizados para tratamento de despejos de natureza

biodegradável bem como para a digestão do material sólido orgânico.O tratamento anaeróbico vem, cada vez mais, se tornando uma alternativa

atraente para o tratamento de despejos de natureza biodegradável pois, sendo umprocesso de tratamento do qual resulta um gás combustível (metano, biogás), se constituium processo “gerador de energia” enquanto que os chamados processos aeróbicos emgeral, se constituem em processos consumidores de energia.

O tratamento anaeróbico é realizado em recipientes fechados isentos de oxigênio,os quais são genericamente denominados de biodigestores. A degradação da matériaorgânica é realizada por microrganismos anaeróbios (fermentação anaeróbia). É de custorelativamente baixo em virtude de não requerer equipamento de aeração, que são acausa principal de elevados custos de instalação e operação de unidades de tratamentoaeróbio. Em contrapartida, os tempos de residência, e daí os volumes dos biodigestores,serem muito elevados em relação as unidades de tratamento aeróbio. Isso implica emmaiores custos de instalação de biodigestores.

b.1 - Tratamento TerciárioTratamentos de natureza físico-química. Esta etapa corresponde a etapa mais

sofisticada pois visa o “polimento” do despejo no sentido que tem o objetivo a remoção dematerial em solução, inorgânico ou orgânico não biodegradável, não removido nostratamentos primário e secundário, como é o caso da remoção de nutrientes (N, P) ouainda a remoção de cor, odor ou até mesmo na desinfecção do despejo por meio decloração ou ozonização.

c.1) Tipos De Tratamento Terciário

Adsorção por cavão ativoResina troca iônica

Osmose reversaEletrodiálise

Remoção de nutrientesCloração por via química, Ozonização, Ultra-violeta, Fluoretação


IV -O TRATAMENTO DE EFLUENTES NO EXÉRCITO BRASILEIRO

Estação de Tratamento de Efluentes (ETE)Fábrica da IMBEL em Piquete/SPBatalhão de Manutenção de Armamento (BMA);Instituto de Pesquisas e Desenvolvimento (IPD)Arsenal de Guerra General Câmara/RS

IV.1 - A ETE da Fábrica da IMBEL em Piquete/SP

As Plantas de nitro celulose e de TNT são as principais poluidoras.Características dos efluentes: contém soda cáustica, cloretos, DQO alta, celulose,

cinzas, pectinas, proteínas, cascas e sementes, ácido sulfúrico, ácido nítrico, gorduras eceras e solventes

IV.2 - A ETE do Instituto de Pesquisas e Desenvolvimento (IPD)

O Laboratórios do Grupo de Química é o principal agente poluidor.Características dos efluentes: basicamente inorgânico com pH ácido, contendo

principalmente cromo, cobre, bário, níquel, chumbo, cálcio, zinco e cianetos.

IV.3 - A ETE do Batalhão de Manutenção de Armamento

A Oficina de Galvanoplastia é o principal poluidor.Características dos efluentes: basicamente inorgânico com pH próximo da

neutralidade, contendo principalmente cromo, cobre, bário, níquel, chumbo, cálcio, zinco.Produz gases ácidos.

IV.4 - A ETE do Arsenal De Guerra General Câmara/RS (AGGC)

A Oficina de Galvanoplastia é o principal poluidor.Características do efluente: basicamente inorgânico com pH básico, contendoprincipalmente cromo, soda caústica, zinco, manganês e ferro;


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