Aula 13 - Tratamentos fisicos-quimico - 20.10

12.996 visualizações

Publicada em

Prof. Nelson Virgilio

Publicada em: Educação
0 comentários
8 gostaram
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
12.996
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
11
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
928
Comentários
0
Gostaram
8
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

Aula 13 - Tratamentos fisicos-quimico - 20.10

  1. 1. Tratamento deÁgua e Efluentes 2º. Sem./2010 Eng.Ambiental
  2. 2. 2
  3. 3. Métodos deTratamento Químicos
  4. 4. Esquema Convencional Destino final do Remoção efluente tratado (lago, rio, corpo d´água) especialEntrada ETE Caixa de Decantador Decantador areia primário secundário grades Retorno sobrenadante ReatorLegenda: Bomba biológico• Fase liquida sendo clarificada de lodo• Sobrenadante retorno a ETE Recirculação de lodo• Lodo (sólido) remoção e tratamento Espessador Flotador Destino final do de lodo lodo desidratado (aterro sanitário) Condicionamento e Digestor de lodo secagem de lodos
  5. 5. Tratamento de Efluente MétodosOperações Processos unitárias unitários Reação Forças química ou físicas biológicas 5
  6. 6. Tratamento de Efluente Métodos • gradeamento • Acerto de pH • Processo Tratamento biológicos Tratamento químicosTratamentos Físicos • Peneiramento • Preciptação química aeróbicos • Sedimentação • Oxi-redução • Lodos ativados • Separação • Troca-iônica • Lagoas aeradas gravidade • Lagoas de diferencial estabilização • Flotação • Filtros biológicos • Filtração • Contactores • Aeração biologicos rotativos • Stripping • Processos • Adsorção anaeróbicos • Reatores fluxo ascendente 6
  7. 7. Tratamento de Efluente Tratamentos QuímicosOs tratamentos físico-químicos sãocaracterizados pelos seguintes processos: Ajuste de pH Precipitação Troca Iônica Química Oxi-redução
  8. 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. 8
  9. 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 9
  10. 10. Tratamento de Efluente Ajuste de pH 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: 10
  11. 11. Tratamento de Efluente Ajuste de pH 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, etcAntes de processos biológicos de tratamento • Garantir funcionalidade (aeróbicos e anaeróbicos) 11
  12. 12. Tratamento de Efluente Ajuste de pH 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 12
  13. 13. Tratamento de Efluente Ajuste de pHSistema ajuste pH – Tanque de Equalização Curtume - http://www.belafranca.com.br/tratamento.asp 13
  14. 14. Tratamento de Efluente Ajuste de pHAjuste pH (online) – Adição de Químicos 3 5 1. Estação de dosagem para ácidos 2. Estação de dosagem para alcalinos 4 6 3. Controlador para controle do pH 4. Misturador estático 5. Sensor de pH 6. Bombas dosadoras 2 1 14
  15. 15. Tratamento de Efluente Ajuste de pH Controle de pH - Elementosdosador sensor Controlador 15
  16. 16. Tratamento de Efluente Ajuste de pHÓxido 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) 16
  17. 17. Tratamento de Efluente Ajuste de pHÁlcali Vantagens Desvantagens CaO Mais usado, baixo custo. Gera muito lodo, Se neutralizado com H2SO4  CaSO4 (insolúvel)CaCO3 Efetivo, utilizado na forma Restrição à H2SO4 > 0,6% de leito ou coluna. Pode (colmatação do leito com ser usado em associação formação de CaSO4).NaOH Reativo, armazenamento, Custo elevado, manuseio automatização, lodo gerado perigoso, neutralização libera solúvel (sais de sódio) muito calorNa2CO3 Ação rápida. Custo baixo Gera CO2 (formação espuma)NH4OH Gera NH3 (pode contaminar) 17
  18. 18. Tratamento de Efluente Ajuste de pHÁcido sulfúrico – H2SO4 Ácido clorídrico - HClGás carbônico – CO2 18
  19. 19. Tratamento de Efluente Ajuste de pHÁlcali Vantagens DesvantagensH2SO4 Dosado em altas Corrosivo. Neutralizado com concentrações (menor sais de Na (sais solúveis) e Ca volume). (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 Custo elevado, requer do meio formando instalações de gás bicarbonatos solúveis (borbulhamento) “efeito tampão” (pH 8-8,5) 19
  20. 20. Tratamento de Efluente Ajuste de pHControle de pH - Neutralização Sensibilidade na vizinhanças do ponto baixo “efeito tampão” 20
  21. 21. Tratamento de Efluente Ajuste de pH Medidor de CO2 Evaporador Dióxido de Solvocarb carbono reator Painel Bomba de centrífuga controle Tanque Sensor pH criogênico Tanque de Afluente neutralização Efluente alcalino tratadoFonte: Linde (gases industriais)
  22. 22. Tratamento de Efluente Ajuste de pHNo processo SOLVOCARB®-R,dissolve-se dióxido de carbono na águaresidual através de um reator. Esteúltimo pode ser inserido no afluenteprincipal ou num efluente de retorno.Estes reatores feitos de plásticooperam normalmente a uma pressão até6 bar e a temperaturamáxima de operação é 45º C. Paratemperaturas ou pressões superiores,podem ser utilizados reatores de açoinoxidável
  23. 23. Tratamento de Efluente Ajuste de pHO dióxido de carbono combina-se com aágua para formar ácido carbônicosegundo a reação:• CO2 + H2O → H2CO3O ácido carbônico reage com as basessegundo a reação:• H2CO3 + B - → HCO3 - + HB (1ª acidez)• HCO3 - + B - → CO3 2- + HB (2ª acidez)Sendo B - = OH - , NH3, etc
  24. 24. Tratamento de Efluente Ajuste de pH 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. 24
  25. 25. Tratamento de Efluente Ajuste de pH 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 25
  26. 26. Tratamento de Efluente Tratamentos Físico-Químicos 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 26
  27. 27. Tratamento de Efluente Tratamentos Físico-Químicos Sistema de Dispersão – M. Rápida e Floculador O volume do tanque é calculado a partir do tempo de retenção hidráulico: 𝑉 = 𝑄. 𝑇𝑟 Onde, V = volume do tanque (m3); Q – vazão (m3/min) Tr – tempo de retenção hidráulico (min) 27
  28. 28. Tratamento de Efluente Tratamentos Físico-Químicos 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: µ. 𝑉. 𝐺2 𝑃= 76 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 28
  29. 29. Tratamento de Efluente Tratamentos Físico-Químicos 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); 29
  30. 30. Tratamento de Efluente Tratamentos Físico-Químicos 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 30
  31. 31. Tratamento de Efluente Precipitação Química 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; 31
  32. 32. Tratamento de Efluente Precipitação Química 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; 32
  33. 33. Tratamento de Efluente Precipitação Química 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) 33
  34. 34. 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 dissolvidosFonte:Environmental Protection Agency (EPA) 34
  35. 35. Tratamento de Efluente Precipitação Química Processos usuais de precipitação químicaQuímico Metal removido pH vantagens desvantagens As; Cd; Cr(III); - Comumente - Gera um grande volumeHidróxido Cu; Fe; Mn; Ni; 9,4 utilizado de lodo.de Cálcio Pb e Zn. - Efetivo - Interferência com agentes Eficiência de - Econômico complexantes(Cal) Remoção: - O lodo é quando da estabilização da • > 99,0 % para desidratado lama de hidróxidos. Cr; Cu; Pb e Fe; facilmente. - Dosagem excessiva pode • 98,6 % para o reduzir a qualidade de Zn; e efluentes • 97,0 % para o Ni - A lama gerada não é adequada para a recuperação do metal. 35
  36. 36. Tratamento de Efluente Precipitação Química Processos usuais de precipitação químicaQuímico Metal removido pH Vantagens desvantagens As; Cd; Cr(III); - Gera um menor - Mais caro que o óxidoHidróxido Cu; Fe; Mn; Ni; 9 a 11 volume de lodo de cálcio.de Sódio Pb; Zn e Ag. - Apresenta uma - Necessita de(Soda Eficiência de excelente equipamentos de grandeCaustica) remoção: eficiência de parte para a separação • > 99 % para o neutralização. dos sólidos, em função Cd; Cr; Pb; Ni; e do material precipitado Zn; - O lodo é ser muito fino. • 98 % para o adequado para a Cu; recuperação de • 76% para a Ag metais. 36
  37. 37. Tratamento de Efluente Precipitação Química Processos usuais de precipitação químicaQuímico Metal removido pH Vantagens desvantagens - Efetivo para o - Reagente de custoÓxido ou As; Cd; Cr(III); 8a9 tratamento de bastante elevado.Hidróxido Cu; Fe; Mn; Ni; efluentes com baixade Pb e Zn. concentração de - Deve-se utilizar umaMagnésio metais (≤ 50mg/l). quantidade de três a - Pequeno volume de quatro vezes superior lodo; à estequiométrica, - Fácil desidratação para elevar o pH para do lodo. valores entre 8 e 9. - Mais eficiente quando realizado em bateladas 37
  38. 38. Tratamento de Efluente Precipitação Química Processos usuais de precipitação químicaQuímico Metal removido pH Vantagens desvantagens - A solubilidade dos - Pode ocorrer aSulfetos As; Cd; Cr(III); 9 sulfetos metálicos é geração de gássolúveis. Fe; Mn; Pb; e Zn. menor que a dos sulfídrico em hidróxidos. condições ácidas.(Sulfeto Eficiência de - Os cromados não - O efluente tratadode Sódio) remoção: requerem a etapa de pode apresentar - 82% para o Pb; redução: excesso de sulfeto - 88% para o Cr; - Não é afetado pela após o tratamento. - 93% para o Zn; maioria dos agentes - A formação rápida - 95% para o Cd; quelantes. de precipitado pode - 98% para o Cu - Lodo adequado para dificultar a e Ni; a recuperação dos Precipitação metais 38
  39. 39. Tratamento de Efluente Precipitação Química Tratamento Efluente contendo “Cianeto” O cianato (CNO-) é cerca de 1.000 Efluente c/ vezes menos tóxico que (CN-) cianato CNO-Afluente c/ CN- Elevação de Oxidação do Redução do pH (> 10) cianeto pH • Cl2 • NaOH • NaClO • HCl • Ca(OH)2 • Ca(OCl)2 • H2SO4 • H2O2 • 03 39
  40. 40. Tratamento de Efluente Precipitação Química Tratamento Efluente contendo “Cromo hexavalente”Efluente c/ Cr6+ Redução do Redução do pH para Elevação pH Precipitação cromo: Cr6+ abaixo de p/ 8 a 9 do Cr3+  Cr3+ 3,0 • Precipitado como hidróxido de cromo – • H2SO4 • SO2 • NaOH Cr(OH)3 • NaHSO3 • FeSO4 40
  41. 41. Tratamento de Efluente Precipitação Química 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 41
  42. 42. Tratamento de Efluente Precipitação Química  Agentes quelantes:  Cianetos  Fosfatos  EDTA 42
  43. 43. Tratamento de Efluente Precipitação Química 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 43
  44. 44. Tratamento de Efluente Oxidação ou redução O que é ? 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 MnO42- + 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. 44
  45. 45. Tratamento de Efluente Oxidação ou reduçãoPrincipais agentes Oxidantes 45
  46. 46. Tratamento de Efluente Oxidação ou reduçãoAplicação dos agentes oxidantes na ETE 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 46
  47. 47. Tratamento de Efluente Oxidação ou reduçãoAplicação dos agentes oxidantes na ETE Oxidante ContaminantePermanganato de potássio Odores; Cianetos; Chumbo Fenol; Pesticidas; Compostos orgânicos contendo enxofre; formaldeídos, manganêsPeróxido de hidrogênio Fenol; Cianeto; Compostos contendo enxofre e Chumbo 47
  48. 48. Tratamento de Efluente Troca Iônica O que é ?• 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) 48
  49. 49. Tratamento de EfluenteTroca Iônica - Abrandamento 49
  50. 50. Tratamento de Efluente Troca Iônica - AbrandamentoÁgua Dura Água abrandadaCa(HCO3)2 NaHCO3Mg(HCO3)2 NaCl CaCl2 R- Na+ (resina catiônica) Na2SO4 MgCl2 CaSO4 MgSO4 CaCl2 • Dreno MgCl2 50
  51. 51. Onde Estudar a Aula de HojeNos Livros• Cavalcanti, José Eduardo W. de A. – Manual deTratamento de Efluentes Industriais – ABES –Associação Brasileira de Engenharia Sanitária eAmbiental ( Cap. 10 e 11)• Hespanhol, Ivanildo & Mierzwa, José Carlos -Água na Indústria – Uso Racional e Reuso – Cap 6(Técnicas para Tratamento de Efluentes)
  52. 52. Contato 52

×