UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE

DANIELLE ALMEIDA SANTOS PAES JSSICA DA COSTA MOISS JOSEANE SANTOS

TRATAMENTO DE EFLUENTES GASOSOS

SO CRISTVO 2011

DANIELLE ALMEIDA SANTOS PAES JSSICA DA COSTA MOISS JOSEANE SANTOS

TRATAMENTO DE EFLUENTES GASOSOS

Trabalho apresentado Universidade Federal de Sergipe, Centro de Cincias Exatas e Tecnolgicas, Departamento de Engenharia Qumica, como um dos pr-requisitos para a concluso da disciplina Introduo a Engenharia Qumica. Orientadora: Professora Dr. Luanda Gimeno Marques

SO CRISTVO 2011

1. INTRODUOO tratamento de efluentes gasosos faz-se necessrio frente s impossibilidades econmicas e tcnicas no projeto de processos industriais com emisso de efluentes nula. Contudo, as emisses pode ser tratadas at que seus efeitos sobre os seres humanos e o meio ambiente sejam minimizados ou at mesmo eliminados. Os principais poluentes do ar antropognicos so xidos de nitrognio (NO e NO2, principais), provenientes dos processos de combusto em altas temperaturas de combustveis como carvo e petrleo. Os xidos de enxofre (SO2 e SO3, principais), provenientes da oxidao do enxofre residual de combustveis fsseis tal como de processos industriais com compostos que contm enxofre. Compostos orgnicos, que podem ser compostos orgnicos volteis ou compostos orgnicos particulados. Ambos os tipos so provenientes da combusto completa ou parcial de combustveis, alm de outras operaes industriais que liberam vapores orgnicos como metano, propano, hexano e compostos organoclorados. E material particulado, referindo-se a tudo que emitido na forma de matria condensada (lquida ou slida), o que inclui algumas das emisses anteriores. A remoo dos poluentes gasosos das emisses industriais feita de acordo com as caractersticas do poluente emitido. Para material particulado tem-se cmaras de separao , separao por ciclones, precipitao eletrosttica, filtrao de partculas e coletores de

umidade. Para efluentes que no-particulados, tem-se transferncia de massa interfacial, absoro de gases por lquidos com reao qumica e sem reao qumica, adsoro de gases em slidos, dessulfurizao e desnitrificao de efluentes gasosos. As estratgias de controle da poluio atmosfrica devem seguir as normas ambientais locais. No Brasil, o rgo federal que regulamenta as emisses de efluentes o Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), alm dos rgos regionais e as respectivas legislaes regionais.

2. OBJETIVOSA explanao geral dos principais poluentes gasosos gerados por emisses industriais e os tratamentos que esses devem passar antes de serem devolvidos ao meio ambiente.

3. REFERENCIAL TERICO

3.1 - Remoo de material particulado

Material particulado refere-se a partculas de material slido ou lquido que ficam suspensas no ar, na forma de poeira, neblina, fumaa, fuligem e outras, com uma faixa de tamanho menor que 100 m (entre 0,002 e 100m). As principais fontes de origem industrial so a combusto (gerao de vapor) e processos industriais da indstria de cimento e metalrgicos. Os dispositivos de remoo de material particulado operam basicamente pelo

princpio que a corrente de gs contendo partculas passa atravs de uma regio onde as partculas sofrem a influncia de foras externas ou so interceptadas por obstculos, assim separando-as do gs. Quando as partculas esto sujeitas a foras externas ou ao colidirem adquirem uma componente vetorial da direo da velocidade diferente da componente do fluxo de gs. Objetivando-se projetar dispositivos de separao baseados em foras

externas, deve-se

ser capaz de modelar o movimento das partculas sob algumas

circunstncias especficas. A seleo preliminar dos sistemas de controle de emisso de material particulado geralmente baseada no conhecimento de quatro itens: concentrao de partculas na corrente de gs a ser tratada; distribuio estatstica do tamanho do material particulado a ser removido; a vazo do fluxo gasosos; e a taxa de emisso de efluentes permitida. Os dispositivos de remoo de material particulado dependem de um ou mais dos seguintes mecanismos fsicos: 1. Sedimentao : o fluxo contendo material particulado introduzido em uma cmara onde as partculas decantam no leito sob fora da gravidade. Dispositivos desse tipo so chamados de cmaras de decantao.

2. Migrao de partcula carregada em um campo eltrico: o gs contendo material particulado introduzido dentro de um dispositivo em que as partculas carregadas esto sujeitas a um campo eltrico. A fora eletrosttica resultante direciona as partculas para uma das paredes do dispositivo onde ficam aderidas e depois coletadas. Esse tipo de dispositivo chamado de precipitador eletrosttico. 3. Deposio inercial : quando o fluxo gasoso tem a direo alterada ao fluir ao redor de um objeto no caminho, as partculas suspensas tendem a manter o percurso na direo anterior devido a inrcia. Os dispositivos baseados na deposio inercial so ciclones, filtros e coletores midos. 4. Difuso browniana : as partculas suspensas no gs sempre esto em movimento browniano contnuo. Quando a corrente de gs flui atravs de obstculos, o movimento aleatrio das partculas levam-nas a chocar com eles, onde aderem e so coletadas. Como o movimento browniano mais pronunciado em partculas menores, esperasse que esse processo seja mais eficiente para material particulado menor. 3.1.1- Cmaras de deposio ( ou decantao) A cmara de deposio , em princpio, uma grande caixa onde a corrente de gs efluente flui e em que o material particulado se depe no leito devido a fora da gravidade. A velocidade do gs atravs da cmara deve ser mantida baixa suficiente para que as partculas decantadas no retornem ao fluxo de gs. A velocidade do gs normalmente

reduzida pela expanso do duto (efeito Venturi) na cmara. Embora as cmaras Figura 01 : Cmara de deposio, simplificadamente, uma cmara possam horizontal em que o material particulado se depositado no leito. remover ser usadas para as menores

partculas, existem limitaes prticas de comprimento das cmaras que restringem a sua aplicabilidade na remoo de partculas maiores que 50 m. Isso lev-as a serem usadas como etapa anterior na remoo de material particulado maior e possivelmente abrasivo, depois passando a corrente de gs efluente por outros dispositivos de limpeza. As cmaras oferecem vantagens tais como facilidade de construo e baixo custo, pequena presso de operao, e deposio de partculas sem o uso de gua. A principal desvantagem o grande espao requisitado pelo dispositivo.

3.1.2 - Separador Ciclone

Os ciclones so dispositivos que utilizam a fora centrfuga criada pela rotao da corrente de gs para a separao de material particulado do gs efluente. O gs forado a fluir rotacionando, ficando geometricamente semelhante a um ciclone, enquanto as partculas so foradas pela inrcia a colidirem com as paredes mais externas, o gs move-se para cima. As partculas perdem velocidade e so coletadas na parte de baixo do dispositivo. De acordo com a geometria do dispositivo, pode-se determinar a fora que as partculas experimentam e assim garantir sua eficincia. Existe uma grande variedade de ciclones, diferindo na velocidade de rotao do fluxo do gs. Convencionalmente, eles so classificados em ciclones de fluxo- reverso, ciclones de fluxo direito e em Impeller collectors. Eles podem ser feitos de qualquer material, de metal a cermica, Figura 02 : Ciclone de fluxo reverso compor exemplo, que seja capaz de resistir a altas entrada lateral de fluxo de gs efluente. temperaturas, a abraso e a atmosfera corrosiva.

Tambm necessrio que a superfcie interna seja lisa e suave para coletar o material particulado.

3.1.3 - Precipitador Eletrosttico

Os precipitadores eletrostticos so um dos mais largamente usados dispositivos de controle de emisso. O princpio bsico de operao do precipitador que as partculas carregadas so arrastadas pelo campo eltrico imposto. Levando-as a aderir as paredes do dispositivo e ento serem coletadas. As partculas so coletadas so lquidas, fluem para baixo pela fora da gravidade e ento coletada no leito do precipitador. Se so slidas, a camada coletada no eletrodo removida periodicamente por raspagem, necessitando uma parada do dispositivo para manuteno. As partculas carregadas so atingidas por ons gerados na corona ao redor do eletrodo mais altamente carregado como um fio. A maior parte das partculas da indstria tornam-se carregadas pela ionizao por aquecimento (chama ionizante) e pela frico, mas geralmente em baixa e moderada escala.

Figura 03 : Precipitador eletrosttico cilndrico de estgio nico .

3.1.4 - Filtrao de Partculas

A maior classe de dispositivos de de controle de emisso gasosa depende da filtrao de partculas. Uma grande variedade de leitos de filtros empregada, por exemplo, filtros de leito fibroso, filtros de leito compacto e filtros de tecido. Os filtros de leito fibroso so usados para coletar partculas suspensas esparsamente no ar. Os filtros de leito compacto consistem de um slido compacto em um tubo. Tanto os filtros de meio fibroso e compacto so usualmente usados em sistemas de ventilao . Os filtros de meio de tecido so frequentemente usados para remover partculas de gases industriais, alm de poeira. O mecanismo fsico de apreenso do material particulado se d pelo aprisionamento dessas nas cavidades formadas pelo material do leito do filtro quando o fluxo de gs contendo material particulado efluente passa atravs do filtro, as partculas se chocam com as paredes das cavidades e se depem nelas.

Industrialmente, os filtros so postos em conjuntos e a deposio do material feito em baghouses. Aps um certo tempo de uso, os filtros devem passar Figura 04 : Leito de um filtro composto de um conjunto defibras independentes. O fluxo u de gs efluente passando atravspor do leito fibroso de um filtro.

manuteno para serem trocados ou

terem o material particulado removido.

Figura 05 : Trs modelos de baghouse para filtros. (a) vibratrio moto-dirigido, (b) jato de ar, (c)Anel de limpeza de filtro de tecido.

3.1.5 - Coletores midos Os coletores midos empregam gua na remoo das partculas diretamente da corrente de gs efluente. Os coletores so divididos em dois grandes grupos: (1) os que usam spray na coleta de partculas, (2) os que usam superfcies midas de vrios tipos na coleta de partculas. O primeiro grupo inclui torres de spray e coletores venturi, enquanto o segundo inclui pratos e torres empacotadas. Os coletores so um meio bastante eficiente de remover material particulado de gases. A remoo de partculas resultada das colises entre as partculas e as gotas de gua. No ambiente mido do coletor, as pequenas e secas partculas crescem em tamanho devido a condensao de gua, assim facilitando a sua remoo posterior. A reentrada de partculas no

fluxo do gs impedida por elas ficarem presas nas gotculas de gua. O coletor tambm permite que haja a remoo simultnea de poluentes gasosos solveis. O material particulado deposto no lquido tambm deve ser tratado.

Figura 06 : Coletores midos. (a) Torre de Spray, (b) Torre de Spray Ciclone, (c) Coletoresde impregnao, (d) Coletor venturi.

Tabela 01 : Sumrio dos principais mtodos de tratamento de material particulado em efluente gasoso. Fonte :Fundamentals of air controll engineering.

3.2 Remoo de poluentes gasosos

Existem vrios mtodos de remoo de poluentes gasosos de efluxos industriais: absoro, adsoro, condensao, reao qumica, incinerao e difuso seletiva atravs de membrana. A absoro uma operao que envolve transferncia de massa do componente solvel do vapor para o solvente lquido no dispositivo que promove o contato entre o gs e o lquido. A fora diretora da absoro a diferena de presso parcial do gs solvel na mistura gasosa e da presso de vapor acima da superfcie do lquido. Os mais comuns dispositivos so colunas contendo pratos empacotados ou regularmente espaados. A adsoro empregada na remoo de pequenas concentraes de gases das correntes de efluentes pelo contato dos solutos gasosos com os poros do slido, as quais aderem. A adsoro gasosa usada industrialmente para o controle de odores e remoo de solventes volteis tais como benzeno, etanol, tricloroetileno e tambm outros efluentes gasosos. A condensao pode ser usada na remoo de espcies com baixa presso de vapor relativa e que sejam apropriadamente removidos a baixas temperaturas para prover meios de remover a camada de lquido condensada. A difuso atravs de membrana um mtodo que vem sendo aplicado na remoo de gases como o dixido de carbono e cido sulfdrico, alm de hidrognio gasoso de correntes de gs natural.

3.2.2 Absoro ( Transferncia de massa interfacial) No processo de absoro do poluente presente na corrente de efluente gasoso, a captura do poluente se d quando o gs entra em contato com o lquido e dissolve-se nele. O mecanismo de remoo do gs consiste em trs etapas sequenciais: (1) difuso das molculas do poluente no gs atravs da superfcie do lquido, (2) dissoluo no lquido da interface, e

(3) difuso da espcie dissolvida na interface para dentro do corpo do lquido. A predio da extenso na qual o composto pode ser removido pela absoro do gs deve ser modelada atravs dos processos de transferncia de massa.

Figura 07 : Torre de contracorrente de absoro de gs.

3.2.2 Adsoro de Gases em Slidos A adsoro envolve a utilizao de um substrato slido na remoo de um gs contaminante. As foras de atrao intermolecular no corpo do slido e na sua superfcie capturam outros materiais tais como gases e lquidos. Na adsoro, o movimento trmico das molculas do gs so convertidas em calor e seguidamente tornam-se em ligaes na superfcie do slido. A adsoro um processo exotrmico. A regenerao do material adsorvente se d atravs de processo endotrmico, cedendo-se energia suficiente para que as ligaes entre o gs e o slido sejam desfeitas. Contudo, alguns processos de adsoro ocorrem fortemente, nesses casos h formao de ligaes qumicas entre o adsorvente e a espcie adsorvida. Esse tipo de adsoro chamado de adsoro qumica. Por exemplo, o

oxignio adsorvido quimicamente no carvo ativado sendo removido somente na forma das espcies de monxido e dixido de carbono. A adsoro utilizada no tratamento de grandes volumes de gases com nveis de poluentes bem diludos. Os slidos se ajustam bem como adsorventes por terem uma grande razo entre rea superficial e volume, isso claro, se estende para os slidos porosos. Os adsorventes ativados tais como aluminas e gis de slica possuem alta seletividade por gases polares. Tais adsorventes so efetivos na remoo de gua e molculas polares, podendo tornar-se ineficazes caso haja muito vapor. O carbono ativado a segunda classe de adsorventes mais usados. Ele tende a adsorver todos os gases proporcionalmente a suas concentraes. O carbono ativado se destaca como um adsorvente no-polar muito eficaz na remoo de molculas apolares tais como hidrocarbonetos, alm de odores e impurezas residuais dos efluentes gasosos. Os adsorventes polares geralmente utilizados so xidos. Eles conseguem adsorver molculas polares e apolares, mas preferencialmente polares. Os xidos de silcio e alumnio so usados na remoo de molculas polares tais como gua, hidreto de enxofre e dixido de enxofre.

3.2.3 - Remoo de SO2 (dessulfurizao) O SO2 lanado com a queima de carvo em plantas de gerao de energia, da queima de combustveis industriais, da manufatura do cido sulfrico e na extrao de metais noferrosos. Duas formas de abordar o controle das emisses de SO 2 so: (1) remoo do enxofre do combustvel antes da queima, (2) remoo do SO2 dos gases efluentes. Existem dois mtodos de dessulfurizao de gases efluentes. O primeiro baseado na absoro de SO2 ou no meio reagente de SO2, que pode ser de descarte ou regenerativo. No processo de descarte, o enxofre removido junto com o meio absorvente ou reativo e descartado. No processo regenerativo, o enxofre recuperado e usado de forma til e o meio de remoo tambm recuperado e reutilizado. O segundo mtodo classificado como

processo FGD seco ou mido, podendo ser tambm de descarte ou regenerativo. O processo FGD ocorre em meio de reaes para a remoo do enxofre, os reagentes comumente usados so carbonato de clcio e xido de clcio.

3.2.4 Remoo de NOx (desnitrificao) O controle da emisso de NOx se d por modificaes nas condies de combusto ou na remoo dos xidos de nitrognio dos gases efluentes. A combusto e modificaes nas tcnicas so os meios economicamente mais eficientes na diminuio substancial da emisso de NO. Os mtodos de remoo geralmente aplicados so a reduo cataltica seletiva, reduo e modificaes no processo de combusto. Por uma srie de razes, a remoo de NO dos gases efluentes mais difcil que SO2, por isso as tecnologias para remoo de NOx no so to avanadas quanto as de remoo de SO2. O problema central que o NO relativamente insolvel e pouco reativo.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

FLAGAN, Richard C.; SEINFELD, John H. Fundamentals of air pollution controll engineering. New Jersey : Prentice Hall, 1988. LORENA, Simone; MARTINS, Eduardo. Poluio Atmosfrica : Poluentes Particulados e Gasosos. GOMES Jr., Higino. Tcnicas de Tratamento de Efluentes Industriais. So Paulo : FATEC.