Post on 29-Dec-2014
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Tratamento de
Água e Efluentes
2º. Sem./2010
Eng.Ambiental
2
Métodos de
Tratamento
Químicos
Decantador
primário
Reator
biológico
Entrada
ETE
Esquema Convencional
Flotador
Caixa de
areia
Decantador
secundário
grades
Espessador
de lodo
Bomba
de lodo
Digestor de lodo Condicionamento e
secagem de lodos
Remoção
especial
Recirculação de lodo
Destino final do
lodo desidratado
(aterro sanitário)
Reto
rno
so
bre
nad
an
te
Legenda:
• Fase liquida sendo clarificada
• Sobrenadante retorno a ETE
• Lodo (sólido) remoção e
tratamento
Destino final do
efluente tratado (lago,
rio, corpo d´água)
5
Tratamento de Efluente
Métodos
Operações unitárias
Forças físicas
Processos unitários
Reação química ou biológicas
6
Tratamento de Efluente
Métodos
Tra
tam
en
tos F
ísic
os
• gradeamento
• Peneiramento
• Sedimentação
• Separação gravidade diferencial
• Flotação
• Filtração
• Aeração
• Stripping
• Adsorção
Tra
tam
en
to q
uím
ico
s
• Acerto de pH
• Preciptação química
• Oxi-redução
• Troca-iônica
Tra
tam
en
to b
ioló
gic
os
• Processo aeróbicos
• Lodos ativados
• Lagoas aeradas
• Lagoas de estabilização
• Filtros biológicos
• Contactores biologicos rotativos
• Processos anaeróbicos
• Reatores fluxo ascendente
Os tratamentos físico-químicos são
caracterizados pelos seguintes processos:
Ajuste de pH
Precipitação Química
Oxi-redução
Troca Iônica
Tratamento de Efluente
Tratamentos Químicos
8
Tratamento de Efluente
Tratamentos Químicos
No que consiste os tratamentos Químicos?
São processos unitárias em que atuam as
transformações químicas promovendo a
separação de fases de modo que cada uma
dessas fases segregadas sofra tratamentos
específicos finais ou complementares.
9
Tratamento de Efluente
Tratamentos Químicos
O tratamento químico pode ser utilizado como pré ou
pós-tratamento de efluentes industriais, objetivando :
Clarificação de despejos contendo sólidos em suspenção ou
material coloidal (1 a 100 micras);
Desbaste parcial de carga orgânica (DBO) antes de um
tratamento biológico;
Eliminação de poluentes recalcitrantes (ex.: ingredientes
farmacêuticos ativos – API)
Remoção de metais pesados, cianeto, arsênio, fluoretos, boro,
fósforo, etc
Polimento de efluentes de tratamento biológico com relação a SS
e turbidez, visando tratamento avançado, com finalidade de reuso
10
Ajuste de pH. Para que serve ?
É uma das formas de condicionamento das
águas residuárias industriais de acordo com as
finalidades requeridas a “jusante”, segundo os
seguintes casos:
Tratamento de Efluente
Ajuste de pH
11
Quando são necessários ?
Antes da descarga em corpo d´água receptor ou sistema público:
• enquadramento na faixa adequada de lançamento (corpo hídrico) – 5,0 a 9,0 (Conama 357)
Antes de processos físicos (convencionais e avançados)
• Garantir operacionalidade em processos como: osmose reversa, troca iônica, clarificação.
Antes de processos químicos de tratamento
• pH ótimo para remoção de “metais pesados”, oxidação de cianetos, redução do cromo, remoção da amônia, fósforo, etc
Antes de processos biológicos de tratamento
• Garantir funcionalidade (aeróbicos e anaeróbicos)
Tratamento de Efluente
Ajuste de pH
12
Como é feito o ajuste de pH ?
Fundamentalmente de duas formas:
a) Mistura em tanques de equalização ou tanques-
pulmão das correntes de despejos ácidos e alcalinos
oriundos da mesma ou de outra planta;
b) Adição de ácidos (ou bases) nas correntes de
despejos
Tratamento de Efluente
Ajuste de pH
13
Sistema ajuste pH – Tanque de Equalização
Curtume - http://www.belafranca.com.br/tratamento.asp
Tratamento de Efluente
Ajuste de pH
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Ajuste pH (online) – Adição de Químicos
1. Estação de dosagem para
ácidos
2. Estação de dosagem para
alcalinos
3. Controlador para controle
do pH
4. Misturador estático
5. Sensor de pH
6. Bombas dosadoras
1
5
3
2
4 6
Tratamento de Efluente
Ajuste de pH
15
Controle de pH - Elementos
Controlador
sensor
dosador
Tratamento de Efluente
Ajuste de pH
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Óxido de cálcio – CaO (cal virgem)
Carbonato de cálcio – CaCO3 (calcário)
Hidróxido de sódio – NaOH (soda cáustica)
Carbonato de sódio – Na2CO3 (barrilha)
Hidróxido de amônia – NH4OH (amoníaco)
Tratamento de Efluente
Ajuste de pH
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Álcali Vantagens Desvantagens
CaO Mais usado, baixo custo. Gera muito lodo, Se
neutralizado com H2SO4
CaSO4 (insolúvel)
CaCO3 Efetivo, utilizado na forma
de leito ou coluna. Pode
ser usado em associação
Restrição à H2SO4 > 0,6%
(colmatação do leito com
formação de CaSO4).
NaOH Reativo, armazenamento,
automatização, lodo gerado
solúvel (sais de sódio)
Custo elevado, manuseio
perigoso, neutralização libera
muito calor
Na2CO3 Ação rápida. Custo baixo Gera CO2 (formação espuma)
NH4OH Gera NH3 (pode contaminar)
Tratamento de Efluente
Ajuste de pH
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Ácido sulfúrico – H2SO4
Ácido clorídrico - HCl
Gás carbônico – CO2
Tratamento de Efluente
Ajuste de pH
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Álcali Vantagens Desvantagens
H2SO4 Dosado em altas
concentrações (menor
volume).
Corrosivo. Neutralizado com
sais de Na (sais solúveis) e Ca
(sais insolúveis). Íons sulfatos
podem ser reduzidos a sulfetos
(anaeróbio) H2S
HCl Menor preço/kg que H2SO4. Odor irritante e penetrante.
Comercializado a 33% (maior
volume armazenamento)
CO2 Reage com a alcalinidade
do meio formando
bicarbonatos solúveis
“efeito tampão” (pH 8-8,5)
Custo elevado, requer
instalações de gás
(borbulhamento)
Tratamento de Efluente
Ajuste de pH
20
Controle de pH - Neutralização
Sensibilidade na
vizinhanças do
ponto baixo “efeito
tampão”
Tratamento de Efluente
Ajuste de pH
Dióxido
de
carbono
Evaporador
Tanque
criogênico
Painel
de
controle
Medidor de CO2
Solvocarb
reator
Tanque de
neutralização Afluente
alcalino Efluente
tratado
Bomba
centrífuga
Sensor pH
Fonte: Linde (gases industriais)
Tratamento de Efluente
Ajuste de pH
Tratamento de Efluente
Ajuste de pH
No processo SOLVOCARB®-R,
dissolve-se dióxido de carbono na água
residual através de um reator. Este
último pode ser inserido no afluente
principal ou num efluente de retorno.
Estes reatores feitos de plástico
operam normalmente a uma pressão até
6 bar e a temperatura
máxima de operação é 45º C. Para
temperaturas ou pressões superiores,
podem ser utilizados reatores de aço
inoxidável
Tratamento de Efluente
Ajuste de pH
O dióxido de carbono combina-se com a
água para formar ácido carbônico
segundo a reação:
• CO2 + H2O → H2CO3
O ácido carbônico reage com as bases
segundo a reação:
• H2CO3 + B - → HCO3 - + HB (1ª acidez)
• HCO3 - + B - → CO3
2- + HB (2ª acidez)
Sendo B - = OH - , NH3, etc
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Exercício Proposto 1 – Ajuste de pH
Uma vazão de 25m3/h de um efluente industrial
predominantemente ácido deverá ser neutralizado até
pH em torno de 7 a fim de ser submetido a tratamento
biológico. Dimensionar um dispositivo de neutralização
com Ca(OH)2 a 10% (considerar neutralização, em
regime de fluxo contínuo, em um único estágio),
determinando-se
1) Consumo de reagentes;
2) Volume do reator.
Tratamento de Efluente
Ajuste de pH
25
Exercício Proposto 1 – Ajuste pH
Resposta esperada:
a) 3.600 mg/L de cal
b) volume de cal = 0,9 m3/h
c) Volume reator = 6,25 m3
Tratamento de Efluente
Ajuste de pH
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Sistema de Dispersão – M. Rápida e Floculador
Existe dois tipos de sistema floculação: mecânico e o
de chicanas;
Floculadores mecanizados:
Com agitador de paleta
De Eixo vertical tipo fluxo axial
Tratamento de Efluente
Tratamentos Físico-Químicos
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Sistema de Dispersão – M. Rápida e Floculador
O volume do tanque é calculado a partir do tempo de
retenção hidráulico:
Tratamento de Efluente
Tratamentos Físico-Químicos
𝑉 = 𝑄. 𝑇𝑟
Onde,
V = volume do tanque (m3); Q – vazão (m3/min) Tr – tempo de retenção hidráulico (min)
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Sistema de Dispersão – M. Rápida e Floculador
A potência de agitação, tanto em tanques de mistura
rápida como em tanques de floculação, é calculada
pela expressão:
Tratamento de Efluente
Tratamentos Físico-Químicos
Onde,
P – potencia (CV); µ – viscosidade absoluta da água 20º C (1,09x10-4 kgf.s/m2) G – gradiente de velocidade (s-1) Nota: Fator conversão de kgf.m/s em CV = 76
𝑃 =µ. 𝑉. 𝐺2
76
29
Exercício Proposto 2 – Sistema de Dispersão
Calcular o volume e a potencia de agitação de um
tanque de mistura rápida, com agitador tipo turbina
radial, bem como de um tanque de floculação, com
floculador mecânico de turbina axial, para o tratamento
físico-químico de um despejo industrial cuja a vazão a
ser tratada é de 25 m3/h. Os ensaios de tratabilidade
indicaram tempos de detenção, respectivamente, de
1000 s-1 e 50s-1. Dado:
Viscosidade absoluta do líquido a 20º C = adotado da
água (1,029x10-4 kgf.s/m2);
Tratamento de Efluente
Tratamentos Físico-Químicos
30
Exercício Proposto 2 – Sistema de Dispersão
Resposta esperada:
a) tanque de mistura rápida:
V = 0,42 m3 e P = 0,57 CV
B) tanque de floculação
V = 6,25 m3 e P = 0,02 CV
Tratamento de Efluente
Tratamentos Físico-Químicos
31
O que é ?
Método muito utilizado para remoção de metais
pesados solúveis nos efluentes líquidos industriais,
através da:
Adição de uma substância que reage quimicamente
com a substância em solução, formando, um
composto insolúvel, (ex: precipitação na forma de
hidróxidos e sulfetos).
Adição de uma substância que altera o equilíbrio de
solubilidade, de forma a não mais favorecer a
permanência da substância em solução;
Tratamento de Efluente
Precipitação Química
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O que é ?
Adição de compostos que reagem entre si
formando um precipitado, que irá arrastar ou
adsorver a substância a ser removida (co-
precipitação)
Alteração da temperatura de uma solução
saturada ou próxima a saturação, para diminuir a
solubilidade da substância presente;
Tratamento de Efluente
Precipitação Química
33
Adição de uma substância formando
composto insolúvel (mais comum)
Consiste em mudar a solubilidade e tornar insolúveis
algumas ou todas as substâncias dissolvidas numa
corrente líquida, alterando-se o equilíbrio químico
(Kiang e Metry, 1982 e Idaho, 1992)
A precipitação de metais depende de dois fatores:
concentração do metal e o pH da água
Concentração metais pesados 1 a 100 mg/L
pH < 7 ou pH muito alcalino (vide gráfico)
Tratamento de Efluente
Precipitação Química
34 Fonte:Environmental Protection Agency (EPA)
Tratamento de Efluente
Precipitação Química
O gráfico ilustra como a
solubilidade de um metal
pesado é diretamente
influenciado pelo pH
O ponto de inflexão das curvas
definem os limites de
concentração dos metais
dissolvidos
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Processos usuais de precipitação química
Tratamento de Efluente
Precipitação Química
Químico Metal removido pH vantagens desvantagens
Hidróxido
de Cálcio
(Cal)
As; Cd; Cr(III);
Cu; Fe; Mn; Ni;
Pb e Zn.
Eficiência de
Remoção:
•> 99,0 % para
Cr; Cu; Pb e Fe;
•98,6 % para o
Zn; e
•97,0 % para o Ni
9,4
- Comumente
utilizado
- Efetivo
- Econômico
- O lodo é
desidratado
facilmente.
- Gera um grande volume
de lodo.
- Interferência com agentes
complexantes
quando da estabilização da
lama de hidróxidos.
- Dosagem excessiva pode
reduzir a qualidade de
efluentes
- A lama gerada não é
adequada para a
recuperação do metal.
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Processos usuais de precipitação química
Tratamento de Efluente
Precipitação Química
Químico Metal removido pH Vantagens desvantagens
Hidróxido
de Sódio
(Soda
Caustica)
As; Cd; Cr(III);
Cu; Fe; Mn; Ni;
Pb; Zn e Ag.
Eficiência de
remoção:
•> 99 % para o
Cd; Cr; Pb; Ni; e
Zn;
• 98 % para o
Cu;
•76% para a Ag
9 a 11
- Gera um menor
volume de lodo
- Apresenta uma
excelente
eficiência de
neutralização.
- O lodo é
adequado para a
recuperação de
metais.
- Mais caro que o óxido
de cálcio.
- Necessita de
equipamentos de grande
parte para a separação
dos sólidos, em função
do material precipitado
ser muito fino.
37
Processos usuais de precipitação química
Tratamento de Efluente
Precipitação Química
Químico Metal removido pH Vantagens desvantagens
Óxido ou
Hidróxido
de
Magnésio
As; Cd; Cr(III);
Cu; Fe; Mn; Ni;
Pb e Zn.
8 a 9
- Efetivo para o
tratamento de
efluentes com baixa
concentração de
metais (≤ 50mg/l).
- Pequeno volume de
lodo;
- Fácil desidratação
do lodo.
- Mais eficiente
quando realizado em
bateladas
- Reagente de custo
bastante elevado.
- Deve-se utilizar uma
quantidade de três a
quatro vezes superior
à estequiométrica,
para elevar o pH para
valores entre 8 e 9.
38
Processos usuais de precipitação química
Tratamento de Efluente
Precipitação Química
Químico Metal removido pH Vantagens desvantagens
Sulfetos
solúveis.
(Sulfeto
de Sódio)
As; Cd; Cr(III);
Fe; Mn; Pb; e Zn.
Eficiência de
remoção:
- 82% para o Pb;
- 88% para o Cr;
- 93% para o Zn;
- 95% para o Cd;
- 98% para o Cu
e Ni;
9
- A solubilidade dos
sulfetos metálicos é
menor que a dos
hidróxidos.
- Os cromados não
requerem a etapa de
redução:
- Não é afetado pela
maioria dos agentes
quelantes.
- Lodo adequado para
a recuperação dos
metais
- Pode ocorrer a
geração de gás
sulfídrico em
condições ácidas.
- O efluente tratado
pode apresentar
excesso de sulfeto
após o tratamento.
- A formação rápida
de precipitado pode
dificultar a
Precipitação
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Tratamento Efluente contendo “Cianeto”
Tratamento de Efluente
Precipitação Química
Elevação de pH (> 10)
Oxidação do cianeto
Redução do pH
• NaOH
• Ca(OH)2
• Cl2
• NaClO
• Ca(OCl)2
• H2O2
• 03
• HCl
• H2SO4
Afluente c/
CN-
Efluente c/
cianato
CNO-
O cianato (CNO-) é cerca de 1.000
vezes menos tóxico que (CN-)
40
Tratamento Efluente contendo “Cromo
hexavalente”
Tratamento de Efluente
Precipitação Química
Redução do pH para
abaixo de 3,0
Redução do cromo: Cr6+ Cr3+
Elevação pH p/ 8 a 9
Precipitação do Cr3+
• NaOH • H2SO4
Efluente c/
Cr6+
• SO2
• NaHSO3
• FeSO4
• Precipitado
como
hidróxido
de cromo –
Cr(OH)3
41
Restrição do método de precipitação
A casos frequentes de precipitação de metais sob a
forma de hidróxidos em que não se atingem os níveis
exigidos pela legislação
Isso se deve porque muitas plantas de galvanoplastia
contêm compostos que interagem com metais
dissolvidos e interferem com a sua precipitação como
hidróxido metálicos.
Exemplo: metais pesados complexados com cianetos
Formam íons complexados solúveis em sol. neutras e
levemente alcalinas
Tratamento de Efluente
Precipitação Química
42
Tratamento de Efluente
Precipitação Química
Agentes quelantes:
Cianetos
Fosfatos
EDTA
43
Como remover este íons ?
Precipitação / remoção do metal da solução por um
método que, ao contrário da precipitação de
hidróxidos, é relativamente imune aos efeitos
quelantes dos compostos (cianeto, fosfatos e EDTA)
Ex.: precipitação por sulfeto e troca iônica
Pré-tratamento dos efluentes para livrar o íon metálico
dos agentes quelantes.
Ex.: condições extremas de pH para dissolver o metal
complexado liberando o íon metálico, uso de Cálcio
para “segurar” o complexo quando reajustar o pH
Tratamento de Efluente
Precipitação Química
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O que é ?
Tratamento de Efluente
Oxidação ou redução
As reações de oxidação-redução química são aquelas nas
quais o estado de oxidação de pelo menos um dos
reagentes envolvidos é elevado, e o outro, reduzido (Kiang
e Metry, 1982 e Idaho, 1992). Exemplo:
2 MnO4- + CN- 2 MnO4
2- + CNO- + H2O;
Nox CN- : aumenta de -1 para +1
Nox MnO4- : diminui de -1 para -2
Têm por objetivo diminuir a toxicidade de uma determinada
corrente líquida;
Podem ser utilizados para compostos orgânicos, metais e
alguns compostos inorgânicos.
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Principais agentes Oxidantes
Tratamento de Efluente
Oxidação ou redução
46
Aplicação dos agentes oxidantes na ETE
Tratamento de Efluente
Oxidação ou redução
Oxidante Contaminante
Ozônio Sulfetos; Odores;
Cianetos; Compostos orgânicos
Ar Sulfitos; Sulfetos;
Íons ferrosos (muito lento)
Cloro gás Sulfetos;
Mercaptanas
Cloro gás em meio alcalino Cianeto
Dióxido de cloro Cianeto;
Pesticidas
Hipoclorito de sódio Cianeto;
Chumbo;
Hipoclorito de cálcio Cianeto
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Aplicação dos agentes oxidantes na ETE
Tratamento de Efluente
Oxidação ou redução
Oxidante Contaminante
Permanganato de potássio Odores; Cianetos; Chumbo
Fenol; Pesticidas; Compostos
orgânicos contendo enxofre;
formaldeídos, manganês
Peróxido de hidrogênio Fenol; Cianeto;
Compostos contendo enxofre e
Chumbo
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O que é ?
Tratamento de Efluente
Troca Iônica
• Processo de separação onde o soluto é retido por meio de uma reação química com uma resina sólida trocadora de íons (os íons em solução podem ser removidos por este processo)
• Exemplos ETE:
• Espécies iônicas dissolvidas (Al3+, Pb2+, Sr2+, etc.)
• Ânions inorgânicos (F-, NO3-, SO42-, CN-, etc)
• Ácidos orgânicos (carboxílicos, fenóis, etc)
• Exemplo ETA
• Abrandamento de água industrial (remoção de íons de Ca e Mg que causam depósitos e incrustações nas tubulações e equipamentos)
49
Tratamento de Efluente
Troca Iônica - Abrandamento
50
• Dreno CaCl2
MgCl2
R- Na+
(resina catiônica)
Água Dura
Ca(HCO3)2
Mg(HCO3)2
CaCl2
MgCl2
CaSO4
MgSO4
Água abrandada
NaHCO3
NaCl
Na2SO4
Tratamento de Efluente
Troca Iônica - Abrandamento
Onde Estudar a Aula de Hoje
Nos Livros
• Cavalcanti, José Eduardo W. de A. – Manual de
Tratamento de Efluentes Industriais – ABES –
Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e
Ambiental ( Cap. 10 e 11)
• Hespanhol, Ivanildo & Mierzwa, José Carlos -
Água na Indústria – Uso Racional e Reuso – Cap 6
(Técnicas para Tratamento de Efluentes)
Contato
52