Tratamento de aguas

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Tratamento de aguas

  1. 1. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 1 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ CURSO TÉCNICO DE PETRÓLEO TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES INDUSTRIAIS
  2. 2. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 2 CURSO TÉCNICO DE PETRÓLEO Professora: Msc. Marisa Soares Borges Universidade Federal do Paraná e-mail: marisa@ufpr.br Telefone: 3361-3424 Celular: 99831624 1. Identificação da disciplina 1.1 Tratamento de Água e Efluentes Industriais • O aluno deverá compreender a importância da água para a manutenção dos seres vivos no planeta, • Entender que os recursos hídricos são recursos naturais não renováveis e devem ser preservados usando racionalmente a água, tanto na vida diária bem como na indústria, como forma de desenvolvimento sustentável, • Conhecer os processos de tratamento de água e de efluentes líquidos utilizados. 2. Pré-requisito Química Geral Aplicada 3. Objetivos Gerais Fornecer ao aluno conhecimentos básicos de gestão ambiental, tratamento de água e efluentes industriais. • Objetivos do tratamento, • Nível do tratamento, • Estudos de impacto ambiental no corpo receptor, 3.1 Objetivos específicos • Compreender os princípios de um sistema de gestão ambiental na indústria, • Como elaborar um programa de gestão ambiental e prevenção de poluição, • Conhecer sistemas de tratamento para efluentes industriais (tratamento preliminar, tratamento primário, secundário, terciário). 4. Conteúdo programático • Conhecimentos básicos e aplicações de sistema de gestão ambiental (Legislação ambiental, ISO 14001, NBR 10004), desenvolvimento sustentável, • Estudo de impacto ambiental, • Gerenciamento de resíduos, • Prevenção de poluição,
  3. 3. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 3 • Principais tipos de efluentes industriais e formas de tratamento. 5. Metodologia de ensino Aulas expositivas, uso de projetor, multimídia, estudos dirigidos, seminários, espaço aberto para perguntas e sugestões. No decorrer do curso serão realizadas visitas a Indústrias para conhecer Estações de Tratamento de Efluentes. 6. Avaliação A nota final resultará da média ponderada seguinte: Média das provas + nota seminário + listas de exercícios (2Pr+1S+1L)/3,5 = NF 7. Recuperação (última avaliação) Será realizada através de prova escrita de todo o conteúdo programático. 8. Cronograma • Desenvolvimento sustentável, • Gestão ambiental na indústria, • Prevenção de poluição, minimização de resíduos na fonte, • Tratamento de efluentes industriais, 8.1 Tratamento de efluentes
  4. 4. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 1 1. A IMPORTÂNCIA DA ÁGUA PARA A MANUTENÇÃO DA VIDA Calcula-se que 74% da superfície terrestre sejam constituídos de água. Por mais abundantes que pareçam os recursos hídricos na superfície da terra, a água disponível para consumo humano se restringe a 0,8% do total existente no planeta, incluindo não somente as águas superficiais, mas também as subterrâneas, que podem estar a uma profundidade de até 4.000 metros. O restante da água se encontra nos oceanos e nas geleiras. A perspectiva é de que muitas disputas e guerras sejam deflagradas nos próximos anos devido à escassez de água. Alguns países do oriente médio já se encontram em situação crítica e até mesmo no Brasil, a cidade de São Paulo entre outras cidades já começam a enfrentar situações de racionamento de água. As águas superficiais possuem múltiplos usos, servindo para o abastecimento público, processos industriais e agricultura. São diretamente utilizadas como receptoras de despejos industriais e domésticos. Indiretamente, são influenciadas por fontes difusas de poluição como agrotóxicos ou resíduos sólidos. As cargas atmosféricas também atingem as águas pelas chuvas ou mesmo diretamente através da queda de partículas em suspensão. Para garantir a qualidade das águas e seus múltiplos usos são necessárias medidas de proteção e controle. O controle através das análises físico-químicas normalmente não é suficiente porque as condições analíticas são limitadas, considerando-se a existência de milhões de diferentes substâncias químicas no ambiente, que interagem continuamente originando novas substâncias. 2. DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Em 1987 foi publicado o “Relatório Brundland” ou o “Nosso Futuro Comum” que apresentou a proposta do “Desenvolvimento Sustentável”, sendo então definido como o “desenvolvimento que satisfaz as necessidades do presente sem comprometer a capacidade das futuras gerações satisfazerem as suas próprias necessidades”(BRÜSEKE, 1995, p.33). Em 1992 foi realizada a Conferência Mundial sobre o Meio Ambiente e Desenvolvimento no Rio de Janeiro conhecida como a ECO-92 que tratou da crise
  5. 5. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 2 ambiental e suas repercussões nos diferentes âmbitos. Este encontro resultou na elaboração de um plano de ações necessárias à transição para um modelo “sustentável” de relação com o ambiente, a AGENDA 21. O “desenvolvimento sustentável” como uma solução para os problemas ambientais vem sendo discutida por diferentes segmentos da sociedade. Caso não ocorra uma profunda alteração da atual filosofia econômica, a contribuição mais otimista da sustentabilidade seria a de um adiamento da exaustão dos recursos. Quando se fala de desenvolvimento sustentável, tem que se considerar não só os aspectos materiais e econômicos, mas o conjunto multifacetado que compõe o fenômeno do desenvolvimento: aspecto político, social, cultural e físico, os quais repousam sobre parâmetros qualitativos tais como: harmonia social, cidadania, valores da sociedade (ético, moral) e o nível entrópico do sistema. 3. PROCESSOS DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES Um dos principais problemas que qualquer cidade enfrenta é o da coleta e tratamento dos resíduos por ela gerados. Quanto maior o número de pessoas que vivem em uma determinada cidade, maior será a sua geração de resíduos. Cada resíduo possui características específicas, que levam à necessidade de diferentes formas de coleta, tratamento e disposição. Na maioria dos casos, o volume de resíduos gerados supera, em muito, a capacidade natural da assimilação do meio que circunda esses centros urbanos. O resultado é uma crescente deterioração nas condições ambientais com o aumento visível dos níveis de poluição. Com relação aos resíduos provenientes de esgotos sanitários, durante muito tempo os investimentos foram realizados apenas para a construção dos sistemas de coleta. Em geral, ainda hoje, a maioria dos sistemas de esgotos existentes nas cidades brasileiras limita-se a despejar os resíduos brutos nos corpos de água, sendo responsáveis pelo agravamento dos problemas de poluição. Essa crescente quantidade de esgoto urbano, gerado pelos grandes centros e depois lançados nas águas dos rios, representa um grande desafio para os pesquisadores e as autoridades no sentido de proporem alternativas seguras, socialmente aceitáveis e economicamente viáveis para o tratamento e a destinação final dos produtos gerados a partir dos esgotos sanitários.
  6. 6. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 3 3.1 Água residuárias ou esgoto: é o líquido conduzido pelas canalizações de esgotamento das comunidades. Possui características variáveis, em função de sua origem, da hora de produção ou amostragem, da extensão da rede coletora e do estado de conservação da mesma. O esgoto industrial é proveniente de processos industriais. A composição e função de tecnologia e do produto podendo variar de orgânico a mineral, geralmente é composto de sólidos dissolvidos. Características físicas: Teor de matéria sólida, Odor, Cor, Turbidez, Variação de vazão. Matéria sedimentável: sedimenta em um período razoável de tempo (entre 1 e 2 horas). Matéria não sedimentável: não sedimenta no tempo arbitrário de 2 horas, só será removida por processos de oxidação biológica e de coagulação, seguida de sedimentação. Os odores característicos dos esgotos são causados pelos gases formados no processo de decomposição, a cor e a turbidez indicam o estado de decomposição do esgoto, as características químicas são de origem de matéria orgânica e inorgânica. A forma mais utilizada para se medir a quantidade de matéria orgânica presente é através da determinação da Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), que indica o grau de poluição de uma água residual. Quanto maior o grau de poluição orgânica, maior a DBO do corpo d'água. A variação da vazão dependerá do tipo de rede, dos despejos admitidos, qualidade do material empregado e principalmente da natureza da indústria. 3.2 Coagulação e precipitação química: é a operação pela qual as substâncias químicas formadoras de flocos - coagulantes - são adicionadas a água com a finalidade de se juntar ou combinar com a matéria em suspensão decantável e com a matéria não decantável e com a matéria coloidal, com isso se formam os
  7. 7. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 4 agregados às partículas em suspensão, os flocos. Os coagulantes se precipitam depois de reagir com outras substâncias. Na precipitação, as substâncias dissolvidas são retiradas da solução, as substâncias químicas adicionadas são solúveis e reagem com as substâncias químicas do esgoto, por exemplo, a adição de cal em esgotos contendo ferro, produz flocos que sedimentam. 3.3 Remoção dos sólidos grosseiros em suspensão: é feita através de crivos, grades, desintegradores, os sólidos sedimentáveis são feitos com caixa de areia e centrifugadores, a remoção de óleos e graxas são feitos em tanques de retenção de gorduras, tanques de flotação, decantadores com removedores de escuma. 3.4 Remoção do odor e controle de doenças: deve ser feita cloração, utilização de reagentes químicos e instalações biológicas. Eficiência da unidade: O tratamento preliminar é a remoção de sólidos grosseiros, remoção de gordura, remoção de areia. 3.5 Tratamento primário: decantação, flotação (substâncias mais leves que a água), geralmente bolhas de ar ou compostos químicos, digestão e secagem do lodo e sistemas compactos (decantação e digestão). A separação sólido-líquido por decantação centrífuga é semelhante a sedimentação por gravidade, as partículas são aceleradas por uma força centrífuga, maior que a aceleração da gravidade. 3.6 Tratamento secundário: é feito através de filtração biológica, processo de lodos ativados, decantação intermediária, lagoas de estabilização. 3.7 Tratamento terciário: são as chamadas lagoas de maturação, cloração para desinfecção, ozonização para desinfecção, remoção de nutrientes, remoção de complexos orgânicos, eletrodiálise, osmose reversa, troca iônica, remoção de nutrientes.
  8. 8. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 5 3.8 Tratamento do lodo: espeçamento, digestão anaeróbia, centrifugação, filtração a vácuo, filtração por prensagem, condicionamento químico, condicionamento térmico, incineração, oxidação úmida. O grau de tratamento necessário será sempre em função do corpo receptor e das características do uso da água, condicionada ao uso da água a jusante do ponto de lançamento. A característica da vida de um rio é expressa pela quantidade de oxigênio dissolvido no seu meio e por sua capacidade de reduzir a poluição orgânica através de processos naturais, físicos e bioquímicos, os microorganismos, em particular, as bactérias que necessitam de oxigênio dissolvido da água para sua sobrevivência (decomposição biológica) chamada autodepuração. 3.9 Lagoas de estabilização: onde a matéria orgânica é estabilizada pela ação das bactérias que produzem ácidos orgânicos sob condições anaeróbias, ou CO2 e água sob condições aeróbias. 3.10 Lagoas anaeróbias: ocorrem sem a presença do oxigênio, são os fenômenos de digestão ácida; lagoas facultativas, a remoção da matéria orgânica se dá através dos fenômenos de fermentação anaeróbia. O lançamento de despejos industriais com características adversas ao equilíbrio biológico das lagoas de estabilização deverá ser submetido a um tratamento prévio antes de seu lançamento a rede de esgoto ou no corpo receptor. 4. OBJETIVOS DO TRATAMENTO DOS EFLUENTES INDUSTRIAIS As condições locais de uma instalação industrial mostram as necessidades do tratamento, se a mesma está localizada às margens de um grande rio ou de um rio de pequena vazão, o tratamento poderá ser dispendioso dependendo do tratamento, os processos e a experiência dos profissionais. Dependendo da atividade industrial o rio será considerado poluído (sujo) ou contaminado (que transmite doenças). Toda água contaminada é água poluída, portanto, o objetivo do tratamento é evitar a poluição.
  9. 9. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 6 Tabela1: Processos de tratamento de efluentes líquidos Indicação Tipo de processo Sistema de controle de poluição observação Efluentes que contém sólidos flutuantes de grandes dimensões Processos físicos Grades, peneiras, caixa de areia, caixa de gordura Quando predominam compostos orgânicos o lodo decantado deve ser removido e disposto adequadamente Efluentes que contém óleo mineral Processos físicos Caixas separadoras água/óleo Se o óleo estiver emulsionado, é necessária a redução do pH. Efluentes que contém material coloidal, cor, turbidez, ácidos, álcalis, Processos químicos e físico-químicos Tanques de neutralização, trocador iônico, tanque de formação do precipitado A neutralização pode ser necessária como pré- tratamento Efluentes que contém metais pesados Processos químicos e físico-químicos Elevação do pH, sedimento de filtração dos compostos insolúveis Efluentes que contém cianeto Processos químicos Oxidação química Efluentes que contém matéria orgânica Processos biológicos Lodo ativado, filtro biológico, lagoas aeradas, lagoa de estabilização Resíduo biodegradável DQO < ou = 3,0 DBO Efluentes sanitários Processos Fossa séptica,
  10. 10. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 7 biológicos Efluentes domésticos Processos biológicos Lagoas de estabilização aeróbias ou facultativas. 5. Sistema de Canalização Sanitária: O esgoto bruto recebe este tratamento, antes de ser depositado em fonte de águas naturais, seja rio, lago ou mar. O componente principal do esgoto, além da água é a matéria orgânica de origem biológica. Ocorre na forma de partículas, que vão desde o tamanho macroscópico, até as de tamanho microscópico e que se encontram na água em suspensão na forma de colóides, 5.1 Tratamento primário (ou mecânico) de águas residuais: são removidas as partículas maiores, incluindo areia e lodo, o que permite o fluxo lento através de telas e ao longo de uma lagoa. No fundo da lagoa, forma-se um lodo de partículas insolúveis, enquanto que, na parte superior, forma-se uma camada superficial de um líquido oleoso (produtos formados pela reação do sabão com os íons de cálcio e magnésio) menos denso do que a água, que é retirada da superfície. Cerca de 30% da DBO da água residual é removida no processo do tratamento primário, mesmo sendo essa fase do procedimento de natureza totalmente mecânica. O lodo das fases primária e secundária do tratamento está constituído principalmente por água e matéria orgânica e da remoção de água sobrenadante, o qual, na maioria das vezes é incinerado ou enviado para aterro sanitário, no entanto, este lodo mesmo sendo rico em nutrientes para as plantas, pode conter metais pesados e outras substâncias tóxicas. Após a passagem do lodo através do tratamento primário convencional, a água do esgoto torna-se mais clarificada, porém, apresenta ainda uma DBO muito alta (centenas de miligramas por litro) e é prejudicial para a biota. A alta DBO deve- se principalmente à presença de partículas orgânicas coloidais. Na fase de tratamento secundário ou biológico, grande parte do material orgânico em
  11. 11. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 8 suspensão, como aquele dissolvido na água, é biologicamente oxidado por microorganismos até dióxido de carbono e água, ou convertido em lodo adicional que pode ser removido com facilidade. Com o objetivo de possibilitar as reações conduzidas pelos microorganismos, a água é aspergida sobre um leito de areia e pedregulho ou sobre um plástico coberto por bactérias anaeróbias, ou é bem agitada em um reator de aeração (processo de lodo ativado). O sistema é mantido bem aerado para acelerar a oxidação. Em essência, mantendo-se de forma deliberada no sistema uma alta concentração de organismos aeróbios, especialmente bactérias, é possível que sejam rapidamente efetuados ou mesmo processos de degradação biológica que requeriam semanas para ocorrer em águas abertas. As reações de oxidação biológica do tratamento secundário reduzem a DBO da água poluída a menos de 100 mg/L, o que constitui cerca de 10% da concentração original do esgoto não tratado. Em alguma extensão, ocorre também nitrificação, na qual os compostos nitrogenados orgânicos convertem-se em íons nitratos e dióxido de carbono. Em resumo, o tratamento secundário das águas residuais envolve reações bioquímicas que oxidam grande parte do material orgânico que não havia sido removido na primeira fase. Após a diluição da água tratada com uma grande quantidade de água natural, a vida aquática pode ser mantida. 5.1.1 Cloração ou irradiação com luz UV: Em alguns casos, a água produzida pelo tratamento secundário é desinfetada antes de ser bombeada para um curso de água local. Pesquisas recentes efetuadas no Japão têm mostrado que a cloração do efluente antes de sua emissão produz alguns compostos mutagênicos, presumivelmente por interação das substâncias que contém cloro com a matéria orgânica que permanece na água. Procedimentos que aplicam o tratamento terciário (avançado ou químico) de águas residuais. Na fase terciária, são removidos produtos químicos específicos das águas parcialmente purificadas, antes de sua desinfeção final. Dependendo do local, o tratamento terciário pode incluir alguns ou todos os seguintes processos: • Redução da DBO por remoção da maior parte do material coloidal remanescente, usando sais de alumínio, em um processo no qual se forma
  12. 12. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 9 Al(OH)3 e que opera da mesma maneira descrita anteriormente para purificação da água potável. • Remoção de compostos orgânicos dissolvidos (incluindo o clorofórmio) e de alguns metais pesados, mediante sua adsorsão ao carvão ativado, sobre o qual a água flui. • Remoção de fosfatos, normalmente por meio de sua precipitação como o sal de cálcio Ca5(PO4)3OH, produzido pela adição de cal, Ca(OH)2. Parte do fósforo é removido na fase de tratamento secundário, visto que os microorganismos o incorporam como nutriente para o seu crescimento. • Remoção de metais pesados pela adição de íons hidróxido ou sulfeto para formar hidróxidos ou sulfetos metálicos insolúveis. • Remoção de ferro por aeração efetuada a um pH elevado, com o objetivo de promover sua oxidação para seu estado insolúvel de Fe+3 , possivelmente em combinação com o uso de um forte agente oxidante , cuja função é destruir os ligantes orgânicos quelantes do íon Fe+3 , que poderão impedir sua oxidação. 5.1.2 Demanda Química de Oxigênio: É uma grandeza que diz respeito à quantidade de oxigênio consumido por materiais e por substâncias orgânicas e minerais que se oxidam sob condições experimentais definidas. No caso de águas, a grandeza caracteriza-se como um parâmetro particular importante para estimar o potencial poluidor (no caso, consumidor de oxigênio) de efluentes domésticos e industriais, assim como o impacto dos mesmos sobre os ecossistemas aquáticos. Como a medida direta desse oxigênio é uma impossibilidade prática, o mesmo é convencionalmente substituídos por substâncias oxidantes que, tendo sua quantidade medida antes e depois do contato com as amostras, permite avaliar o poder redutor ou consumidor de oxigênio das mesmas. Dessas substâncias, o dicromato tem sido o oxidante mais empregado na determinação da DQO em águas e efluentes, com cujos redutores reage, na presença de íons Ag+ como catalizador e em meio fortemente acidificado com ácido sulfúrico.
  13. 13. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 10 Uma aplicação muito importante do dicromato de potássio é a titulação por excesso que visa a determinação ambiental da quantidade de oxigênio necessária para oxidar todo o material orgânico, numa amostra de água impura, como por exemplo no efluente de esgoto. Muitos tipos de matéria orgânica são oxidados por uma mistura fervente de ácidos crômico e sulfúrico. Uma amostra é refluxada em uma solução fortemente ácida com um conhecido excesso de dicromato de potássio. Após a digestão, o dicromato de potássio restante não reduzido é titulado com sulfato ferroso amoniacal para determinar a quantidade de dicromato de potássio consumida e a matéria oxidável é calculada em termos de oxigênio equivalente. O tempo padrão de refluxo de 2 horas pode ser reduzido se, em menor período de rendimento, o mesmo resultado for mostrado. Algumas amostras com baixíssima demanda de oxigênio ou com teor de sólidos altamente heterogêneos podem necessitar ser analisadas em replicata para produzir o maior dado de confiança. 5.1.2.1 Interferentes A oxidação da maioria dos compostos orgânicos é de 95 a 100 % do valor teórico. Piridina e compostos relacionados de resistente oxidação e compostos orgânicos voláteis reagirão na proporção de seu contato com o oxidante. Compostos alifáticos de cadeia reta são oxidados mais efetivamente na presença de um catalisador sulfato de prata. O interferente mais comum é o íon Cl¯ . Cloreto reage com o íon Ag+² para precipitar cloreto de prata, e desta maneira inibe a atividade catalítica da prata. Brometo, iodeto e qualquer outro reagente que inativar o íon Ag+² pode interferir similarmente. Tais interferências tendem restringir a ação de oxidação do íon Cr2O7 por si mesmo. Entretanto, são os rigorosos procedimentos de digestão para análise de demanda química de oxigênio que cloreto, brometo ou iodeto podem reagir com dicromato para produzir a forma elementar do halogênio e o íon Cr+³. As dificuldades causadas pela presença de cloreto podem ser superadas grandemente, embora não completamente, pela complexação com sulfato de mercúrio antes do procedimento refluxante. Apesar de que 1 g de sulfato de mercúrio ser especificado para 50 mL de amostra, uma quantidade mais baixa pode ser usada quando a
  14. 14. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 11 concentração de cloreto é conhecida para menos do que 2000 mg/L. Não usar o teste para amostras contendo mais do que 2000 mg/L de Cl/L. A interferência de haleto pode ser removida pela precipitação com íon Ag+² e filtração antes de digestão. Esta aproximação pode introduzir erros substanciais para a oclusão e arraste de substâncias de demanda química de oxigênio para amostras heterogêneas. A prata, o cromo hexavalente e sais de mercúrio usados nas determinações de demanda química de oxigênio e criam resíduos nocivos. O maior problema está no uso do mercúrio. Se a contribuição de cloreto para a demanda de oxigênio é desprezível, o sulfato de prata pode ser omitido. Quantidades menores de amostras reduzem o resíduo. 5.1.2.2 Reativos utilizados: Dicromato de potássio (K2Cr2O7): é o agente oxidante que vai reduzir a matéria orgânica. Reagente de ácido sulfúrico/sulfato de prata: A reação ocorre em meio ácido. Sulfato de prata (Ag2SO4) e sulfato de mercúrio (Hg) são os catalizadores da reação. Ácido sulfâmico (H3NO3S): Requerido somente se a interferência de nitritos está para ser eliminada. Padrão de hidrogenoftalato de potássio: é utilizado como padrão (determinação da curva). 5.1.2.3 Porque são utilizados estes reativos: Dicromato age como o oxidante, reagindo com os redutores na presença de íons Ag+ e como catalizador em meio fortemente acidificado com ácido sulfúrico. 5.1.2.4 Resíduos gerados: Resíduos de prata, resíduos de mercúrio, resíduos de cromo e ferro, Acidez: É neutralizada quando da remoção do cromo e do ferro. A decomposição de substâncias orgânicas e biológicas durante a fase secundária do tratamento de águas residuais resulta usualmente na produção de sais inorgânicos, muitos dos quais permanecem na água mesmo após a aplicação das técnicas já citadas. A água também pode se tornar salobra devido ao seu uso em irrigação, ou porque as unidades utilizadas para reduzir sua dureza tenham sido recarregadas e sua descarga descartada como esgoto. Os íons inorgânicos podem ser removidos da água (dessalinização) por meio das técnicas listadas a seguir:
  15. 15. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 12 6. Osmose reversa: A água tem sua passagem forçada sob pressão através de uma membrana que os íons não podem atravessar. Uma membrana semipermeável composta de um material orgânico polimérico, como acetato de celulose ou triacetato de celulose, sobre a qual aplica-se alta pressão é colocada no caminho da água contaminada. A camada superficial da membrana tem cerca de 2 µm de espessura e é relativamente pouco porosa, quando comparada com o restante da estrutura. Dado que através dos poros pode passar apenas água, o líquido que atravessa a membrana é água pura. Por outro lado, a solução contaminada torna-se com o tempo cada vez mais concentrada em sal, sendo finalmente descartada. Esta técnica é usada em Israel e em outras regiões para produzir água potável a partir de água salgada, e é uma técnica útil em hospitais e unidades de tratamento renais para produzir água livre de íons. Em águas poluídas, é especialmente indicada para remover íons de metais alcalinos e alcalinos terrosos, assim como sais de metais pesados. 7. Eletrodiálise: nesta técnica, são colocadas verticalmente e de forma alternada no interior de uma célula elétrica uma série de membranas permeáveis somente a pequenos cátions ou pequenos ânions inorgânicos. Aplica-se uma corrente elétrica diretamente através da água, de modo que os cátions migram para o cátodo e os ânions para o ânodo. O líquido torna-se, em zonas alternadas, mais concentradas (enriquecido) ou menos concentrado (purificado) em íons. Finalmente, a água concentrada em íons pode ser descartada como salmoura e a água purificada pode ser liberada para o meio ambiente. Esta tecnologia também é empregada com o propósito de dessalinização e potabilização de água do mar. Em uma extensão interessante da eletrodiálise, obtém-se hidróxido de sódio eletrolíticamente a partir do sulfato de sódio residual. O Na2SO4 aquoso e concentrado entra no compartimento central de uma célula. Os íons sódio passam através da membrana permeável aos cátions e junto com os íons hidróxido produzido pela decomposição da água formam hidróxido de sódio. Os íons sulfato migram através da membrana permeável aos ânions, e em combinação com os íons hidrogênio da decomposição da água, formam ácido sulfúrico.
  16. 16. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 13 8. Troca iônica: Alguns sólidos poliméricos contêm sítios que podem reter íons de maneira relativamente fraca, o que torna possível que um tipo de íon, quando em contato com este sólido, possa ser trocado por um outro da mesma carga. As resinas de troca iônica podem ser formuladas para possuir tantos sítios catiônicos como aniônicos que funcionam da maneira já descrita anteriormente. Os sítios de troca de uma resina catiônica encontram-se inicialmente ocupados por íons H+, e os sítios de troca das resinas de troca aniônica estão ocupados por íons OH -. Quando a água poluída por íons M+ e X- substituídos por M+ e, a seguir, os íons OH- da segunda resina são substituídos por X- . Assim, a água que deixa a coluna de resina contém íons H+ e naturalmente, esses dois íons combinam-se imediatamente para formar mais moléculas de água. Portanto, a troca iônica pode ser usada para remover sais, inclusive os metais pesados presentes nas águas residuais. Em alguns casos, a água produzida no tratamento terciário é de uma qualidade suficientemente boa para ser usada como água potável. Alternativamente, a água do rio no qual foram despejados os efluentes das plantas de tratamento de esgoto é utilizada como água a ser potabilizada. A reutilização da água após sua purificação é particularmente comum na Europa, onde a densidade populacional consumidora é elevada os suprimentos de água corrente são menos disponíveis do que na América do Norte e América do Sul. Uma alternativa ao processamento de esgoto através de uma planta de tratamento convencional é o tratamento biológico em um pântano artificial (construído por alagamento de terra) que contém plantas como juncos, bambus e amentos. A descontaminação da água é processada por bactérias e outros microorganismos que vivem entre as raízes e os rizomas das plantas. Essas absorvem os metais através de seus sistemas de raízes e concentram os contaminantes no interior de suas células. Normalmente, nas instalações construídas para processar o esgoto, o tratamento primário destinado a filtrar e retirar sólidos e outros poluentes de uma lagoa é efetuado antes que as águas residuais sejam bombeadas até o pântano, no qual ocorre o equivalente aos tratamentos secundário e terciário. As plantas, no seu desenvolvimento, usam os poluentes, e aumentam o pH, o que serve para destruir certos microorganismos prejudiciais.
  17. 17. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 14 9. Remoção de óleos e graxas: É feita através de tanques de retenção de gorduras, tanques de flotação, decantadores com removedores de escuma. 10. Absorção em carvão ativado: O processo de adsorsão em carvão ativado pode ser usado para remover uma ampla variedade de contaminantes, orgânicos e inorgânicos. O sistema é eficiente e operacionalmente simples, com a vantagem adicional de poder reutilizar a fase sorbente após tratamento conveniente. 11. Processos biológicos: Os processos biológicos são os mais econômicos dentre os utilizáveis na remoção de matéria orgânica. Por esse motivo, são amplamente utilizados no tratamento de efluentes líquidos. Além da remoção de matéria orgânica, os processos biológicos podem ser aplicados para a oxidação de compostos reduzidos como nitrogênio amoniacal e sulfetos, bem como na redução de nitratos (desnitrificação) e de sulfatos. 12. Tratamento de Cianeto e Metais em águas residuais: Os metais de transição poluentes podem ser removidos da água pelo uso de técnicas tanto de precipitação como de redução, para formar sólidos insolúveis. A precipitação de sulfetos ou hidróxidos foi mencionada, quando os hidróxidos são precipitados, o lodo volumoso produzido deve ser descartado de maneira adequada. A redução eletrolítica de metais leva a sua deposição no cátodo. Se em lugar do metal em estado elementar deseja-se uma solução aquosa concentrada do mesmo, o metal depositado pode ser reoxidado por via química, mediante a adição de peróxido de hidrogênio ou por via eletrolítica, invertendo-se a polaridade da célula. Os poluentes químicos dissolvidos em água São em geral compostos organoclorados, fenóis, cianetos e metais pesados.
  18. 18. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 15 CARACTERIZAÇÃO DE ESGOTOS SANITÁRIOS Tabela 2: Características químicas dos esgotos domésticos brutos Parâmetro Faixa de concentração Valor típico Sólidos totais 700-1350 mg/l 1100 mg/l Matéria orgânica Determinação indireta DBO5 200 – 500 mg/l 350 mg/l Nitrogênio Total 35 – 70 mg/l 50 mg/l Fósforo 5- 25 mg/l 14 mg/l pH 6,7- 7,5 7,0 Alcalinidade 110-170 mgCaCO3/l 140 mgCaCO3/l Cloretos 20- 50 mg/l 35 mg/l Óleos e graxas 55-170 mg/l 110 mg/l Fonte: VON SPERLING (1996). 13. PROJETOS PARA SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ESGOTOS Em estudos ou projetos deve-se definir com clareza os objetivos do tratamento dos esgotos, e a que nível deve ser o mesmo processado. Quando os projetos são realizados sem um estudo cuidadoso as conseqüências são concepções superestimadas, subestimadas, ou desvinculadas de outros importantes aspectos que não apenas a remoção de DBO. Para dimensionar o sistema de tratamento ideal, os seguintes aspectos são de fundamental importância: Objetivos do tratamento; Nível do tratamento; Estudos de impacto ambiental no corpo receptor. Para maior detalhamentos do projeto são necessários o conhecimento do volume de efluentes, procedência desses efluentes, área disponível para implantação do sistema e recursos a serem investidos para implementação e para manutenção do sistema.
  19. 19. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 16 14. NÍVEL DE TRATAMENTO A remoção dos poluentes no tratamento, de forma a adequar o lançamento a uma qualidade desejada ou ao padrão de qualidade vigente esta associada aos conceitos nível de tratamento e eficiência do tratamento. O tratamento de esgotos é usualmente classificado através dos níveis de tratamento: preliminar, primário, secundário e terciário. 14.1 Tratamento preliminar: objetiva apenas a remoção de sólidos grosseiros, gordura e sólidos sedimentáveis (areia), enquanto que o tratamento primário visa à remoção de sólidos sedimentáveis e parte da matéria orgânica. Em ambos predominam os mecanismos físicos de remoção de poluentes. A tendência continua sendo os decantadores primários e os floculadores. Deve-se lembrar que esta fase é de fundamental importância, pois, além de apresentar baixo custo, reduz bastante as impurezas contidas nos esgotos. 14.2 Tratamento secundário: predominam mecanismos biológicos, o objetivo é principalmente a remoção de matéria orgânica e eventualmente nutriente (nitrogênio e fósforo). 14.3 Tratamento terciário: objetiva a remoção de poluentes específicos (usualmente tóxicos ou não biodegradáveis) ou ainda, a remoção complementar de poluentes não suficientemente removidos no tratamento secundário. A eficiência do tratamento está relacionada com a porcentagem de remoção de determinados poluentes no tratamento ou em uma de suas etapas. Depende de vários fatores, diretamente relacionados às operações e processos, que nelas devem ocorrer. Por exemplo, a eficiência de remoção de partículas em decantadores depende da relação entre a velocidade de sedimentação dessas partículas e a taxa de escoamento superficial do líquido. A eficiência de unidades onde ocorrem processos químicos depende, dentre outros fatores, das propriedades químicas dos reagentes, das características físico-químicas do fluído a ser tratado, do tempo de reação e das características dos produtos formados. A eficiência de processos biológicos depende similarmente, da natureza e composição dos substratos
  20. 20. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 17 presentes no afluente, das características e concentração da biomassa presente nos reatores, das condições ambientais tais como pH, temperatura, presença de nutrientes, tempo de contato entre substrato e biomassa e dos fenômenos que governam o transporte de substrato às células. 15. OPERAÇÕES, PROCESSOS E SISTEMAS DE TRATAMENTO. A tabela abaixo apresenta um resumo dos principais sistemas de tratamento de esgotos sanitários domésticos, feitos em geral, a nível secundário. Cabe ressaltar que no Brasil o tratamento terciário para esgotos domésticos é bastante raro. Tabela 3: Operações, processos e sistemas de tratamentos freqüentemente utilizados para a remoção de poluentes de esgotos domésticos Poluente Nível de tratamento Operação, processo ou sistema de tratamento Sólidos em suspensão Preliminar Gradeamento, Remoção de areia, Sedimentação, Disposição no solo. Matéria orgânica biodegradável Secundário Primário (remoção parcial) Lagoas de estabilizações e variações, lodos ativados e variações, filtro biológico e variações, tratamento anaeróbico, disposição no solo. Patogênicos Terciário (principal) Secundário Lagoas de maturação, disposição no solo, desinfecção com produtos químicos, desinfeção com radiação ultravioleta. Nitrogênio Secundário Terciário nitrificação e desnitrificação biológica, disposição no solo, processos físico-químicos. Fósforo Secundário Terciário Remoção biológica, Processos físico-químicos.
  21. 21. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 18 15.1 TRATAMENTO PRELIMINAR O tratamento preliminar objetiva apenas a remoção de sólidos grosseiros como medida de proteção dos dispositivos de transporte de esgotos (bombas e tubulações) e das unidades de tratamento subsequentes. A remoção de areia é feita através de unidades especiais denominadas desareanadores. 15.2 TRATAMENTO PRIMÁRIO O tratamento primário destina-se a remoção de sólidos sedimentáveis e sólidos flutuantes. Empregam-se tanques de decantação e fossas sépticas. 15.3 TRATAMENTO SECUNDÁRIO O principal objetivo do tratamento secundário é a remoção da matéria orgânica a qual pode estar nas seguintes formas: • Matéria orgânica dissolvida (DBO solúvel), a qual não é removida por processos meramente físicos. • Matéria orgânica em suspensão (DBO suspensa ou particulada), a qual é em grande parte removida no tratamento primário, cabendo ao tratamento secundário a remoção dos sólidos de decantabilidade mais lenta que persistem na massa líquida. A essência do tratamento secundário para esgotos domésticos é a inclusão de uma etapa biológica, onde a remoção de matéria orgânica é efetuada por reações bioquímicas, realizadas por microorganismos. Uma grande variedade de microorganismos toma parte no processo: bactérias, protozoários e fungos. A base do processo biológico é o contato efetivo entre esses microorganismos e o material orgânico contido nos esgotos, possibilitando que a matéria orgânica seja utilizada como alimento pelos microorganismos. Essa decomposição biológica do material orgânico requer a presença de oxigênio como componente fundamental dos processos aeróbicos, além da manutenção de outras condições ambientais favoráveis, como temperatura, pH, tempo de contato. O tratamento secundário geralmente inclui unidades para o tratamento preliminar, mas nem sempre inclui unidades para o tratamento primário. Existe uma grande variedade de métodos de tratamento a nível secundário, sendo que os mais comuns são:
  22. 22. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 19 16. Lagoas de Estabilização e Variantes 16. 1. Lagoa facultativa O uso de lagoa facultativa é uma solução simples e de baixo custo, isto quando se dispõe de área com topografia adequada e custo acessível. Esta técnica exige o uso de tratamento preliminar, provido de grade e desarenador. Esta é uma alternativa simples para a construção, e que exige operação mínima, sem qualquer necessidade de se contratar operador especializado. 16 . 2 Sistema Australiano de Lagoas Consiste numa lagoa anaeróbia, seguida de uma lagoa facultativa. É uma das melhores soluções técnicas, mas esbarra no problema de necessitar de uma grande área para sua implantação. Na lagoa anaeróbia ocorre à retenção e a digestão anaeróbia do material sedimentável e na facultativa ocorre predominantemente a degradação dos contaminantes solúveis e contidos em partículas suspensas muito pequenas. O lodo retido e digerido na primeira lagoa tem de ser removido em intervalos que geralmente variam de 2 a 5 anos. Na primeira, predomina o processo anaeróbio e na segunda o aeróbio, onde se atribui às algas, a função da produção do oxigênio a ser consumido pelas bactérias. 16. 3 Lagoa Aerada Facultativa Esta diminui a necessidade de grande área, mas em conseqüência da utilização de aeradores, aumenta o seu custo de operação. Quando o sistema incluir um decantador primário, a lagoa aerada pode ter o tempo de detenção (ou retenção) menor, porém, quando somente se usa grade e caixa de areia, normalmente é empregado um tempo de detenção maior. Na aeração há produção de lodo biológico, que tem de ser removido antes do lançamento dos efluentes no corpo receptor. Por este motivo emprega-se uma segunda lagoa que tem como função a retenção e digestão desse resíduo. Devido à introdução da mecanização, as lagoas aeradas são menos simples em termos de manutenção e operação, comparadas com as lagoas facultativas
  23. 23. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 20 convencionais. A redução dos requisitos de área é conseguida empregando certa elevação no nível de operação, além do consumo de energia elétrica. 16.4 Sistemas de Lagoas Aeradas de Mistura Completa (Lagoas de Decantação) Uma forma de se reduzir ainda mais o volume da lagoa aerada é o de se aumentar o nível de aeração, fazendo com que haja uma turbulência tal que, além de garantir a oxigenação, permita ainda que todos os sólidos sejam mantidos em suspensão no meio líquido. O tempo de detenção típico da lagoa aerada é da ordem de 2 a 4 dias. A operação deste tipo de lagoa são mais complicados devido ao fato de se ter um menor período de armazenagem na lagoa, comparado com os outros sistemas. Caso a remoção de lodo seja periódica, tal ocorrerá numa freqüência aproximada em torno de 3 a 5 anos. A remoção do lodo é uma tarefa trabalhosa e cara. 17. Sistemas de Lodos Ativados e Variantes 17. 1 Lodos ativados convencional Lodos ativados baseiam-se em processo biológico aeróbio e parte do princípio que deve ser evitada a fuga descontrolada de bactéria ativa, produzida no sistema e que, deve-se recircular de modo a se manter a maior concentração possível de microrganismos ativos no reator aerado. Os microrganismos produzem flocos que podem ser removidos facilmente por sedimentação em decantador secundário (ou flotador por ar dissolvido). Parte do lodo secundário é descartada para tratamento e destino final. Nos sistemas de lodos ativados os tanques são tipicamente de concreto, diferentemente das lagoas de estabilização. Para garantir economia em termos de energia no processo de aeração, parte da matéria orgânica (em suspensão, sedimentável) dos esgotos é retirada antes do tanque de aeração, através do decantador primário. Assim este tipo de tratamento tem como parte integrante também o tratamento primário. O sistema de lodos ativados convencional ocupa áreas bastante inferiores às dos sistemas de lagoas. Exige uma capacitação para sua operação, e consumo de energia superior aos das lagoas aeradas.
  24. 24. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 21 Dentre as variantes do processo de lodos ativados, temos aeração prolongada e o emprego de fluxo intermitente (Batelada). O fluxograma do processo é grandemente simplificado, devido à eliminação de diversas unidades, comparado aos sistemas de lodo ativado de fluxo contínuo. No sistema de aeração prolongada por batelada, as únicas unidades de todo o processo de tratamento (líquido e lodo) são: grades, desarenadores, reatores, adensamento do lodo (opcional) e desidratação do lodo. 18 Sistemas aeróbicos com biofilme 18. 1 Filtros Biológicos de Baixa Carga O processo de filtros biológicos consiste num conceito totalmente diferente dos processos anteriores. Ao invés da biomassa crescer dispersa em um tanque ou lagoa, ela cresce aderida a um meio suporte. O filtro biológico configura-se em um reator denominado de leito fixo e filme fixo, ou seja, os microrganismos são mantidos aderidos a um material suporte, que constitui o recheio da unidade. Basicamente, o filtro biológico aeróbio é composto por um leito de pedras ou de materiais inertes, com forma, tamanho e interstícios adequados, que permitam a livre circulação natural de ar, sobre o qual, dispositivos de distribuição lançam os esgotos sanitários que percolam por entre as peças que constituem o referido recheio. Enquanto o líquido percola através do leito, ocorre o contato entre os materiais a serem degradados. É obrigatório, o uso de decantador primário e secundário. Em certos casos promove-se a recirculação do efluente do decantador secundário. Nos filtros de baixa carga, a quantidade de DBO aplicada é menor. Com isso a disponibilidade de alimentos é menor, o que resulta numa estabilização parcial do lodo (autoconsumo da matéria orgânica celular) e numa maior eficiência do sistema na remoção da DBO, de forma análoga ao sistema de aeração prolongada nos lodos ativados.
  25. 25. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 22 18. 2 Filtros Biológicos de Alta Carga Os filtros biológicos de alta carga são conceitualmente similares aos de baixa carga. No entanto, por receberem uma maior carga de DBO por unidade de volume de leito, o requisito de área é menor. Em paralelo, tem-se também uma ligeira redução na eficiência de remoção de matéria orgânica, e a ausência de estabilização do lodo no filtro. Diferentemente do sistema de lodos ativados, a recirculação nos filtros de alta carga é do efluente, e não do lodo sedimentado. A eficiência dos filtros biológicos é através da utilização de dois ou mais filtros em série. 18. 3 Biodiscos O processo de biodiscos consiste de uma série de discos ligeiramente espaçados, montados num eixo horizontal. Os discos giram vagarosamente, e mantém, em cada instante, cerca de metade da área superficial imersa no esgoto, e o restante exposto ao ar. Os discos têm usualmente menos de 3,6 metros de diâmetro, sendo geralmente construídos de plásticos leves. Quando o sistema é colocado em operação, os microorganismos do esgoto começam a aderir às superfícies rotativas, ali crescem até que toda a superfície do disco esteja coberta por uma fina camada biológica, com poucos milímetros de espessura. À medida que os discos giram, a parte exposta ao ar traz um película de esgotos, permitindo a absorção de oxigênio através do gotejamento e percolação junto às superfícies de cada disco. Quando a camada biológica atinge uma espessura excessiva, ela se desgarra dos discos. Esses organismos que se degradam são mantidos em suspensão no meio líquido devido à leve turbulência provocada pelo movimento dos discos, o que aumenta a eficiência do sistema. Os sistemas de biodiscos são empregados principalmente para o tratamento dos esgotos de pequenas comunidades. Devido à limitação no diâmetro dos discos, será necessário um grande número de discos, o que torna difícil sua aplicação para o tratamento de grandes vazões.
  26. 26. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 23 19. Tratamento Anaeróbio 19. 1 Sistema Fossa Séptica ( Filtro Anaeróbio) As fossas sépticas são unidades de escoamento horizontal e contínua, que realiza a separação de sólidos, decompondo-os anaerobiamente. A fossa séptica não é um simples decantador ou digestor, mas sim, uma unidade que realiza simultaneamente várias funções como: decantação e digestão de sólidos em suspensão, que irá formar o lodo, sendo este acumulado na parte inferior, ocorrerá a flotação e uma retenção de materiais mais leves e flotáveis como: óleos e graxas, que formarão uma espuma na parte superior. Os microrganismos existentes serão anaeróbios e ocorrerá a digestão do lodo, com produção de gases. O sistema de fossas sépticas seguidas de filtros anaeróbicos tem sido amplamente utilizado em nosso meio rural e em comunidades de pequeno porte. A fossa séptica (usualmente do tipo Tanque Imhoff) remove a maior parte dos sólidos em suspensão, os quais sedimentam, e sofrem o processo de digestão anaeróbica no fundo do tanque. A matéria orgânica efluente da fossa séptica é conduzida ao filtro anaeróbio, onde ocorre sua remoção, também em condições anaeróbias. O filtro anaeróbio é constituído essencialmente por um tanque com recheios de pedras, peças cerâmicas de material sintético ou de outros materiais que servem de suporte para microrganismos. Nos interstícios do leito do reator também evoluem flocos ou grânulos, que possuem elevada participação de microrganismos que atuam na degradação dos contaminantes da água residuária. A eficiência do sistema fossa-filtro é usualmente inferior à dos processos anaeróbios, no entanto, o sistema é viável economicamente e apresenta-se como uma boa opção para pequenas quantidades de efluentes. A produção de lodo nos sistemas anaeróbios é baixa e o lodo já sai estabilizado, podendo ser dirigido diretamente para um leito de secagem. Os sistemas anaeróbios apresentam o risco de geração de maus odores, especialmente quando não são operados adequadamente. 19. 2 Reator Anaeróbico de Manta de Lodo Freqüentemente denominados de Reatores Aeróbios de fluxo Ascendente (RAFA), nestes reatores, a biomassa cresce e se dispersa no meio. A biomassa ao crescer pode formar pequenos grânulos, correspondentes à aglutinação de diversas
  27. 27. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 24 bactérias. Esses pequenos grânulos, por sua vez, tendem a servir de meio suporte para outras bactérias. A granulação auxilia no aumento da eficiência do sistema, mas não é fundamental para o funcionamento do reator. A concentração de biomassa no reator é bastante elevada o que exige pequeno volume para os reatores anaeróbios, em comparação com todos os outros sistemas de tratamento. Reator anaeróbio de manta de lodo é uma unidade de fluxo ascendente, que possibilita o transporte das águas residuárias através de uma região que apresenta elevada concentração de microrganismos anaeróbios. O Reator deve ter seu afluente criteriosamente distribuído junto ao fundo, de maneira que ocorra o contato adequado entre os microrganismos e o substrato. O reator oferece condições para que grande quantidade de lodo biológico fique retida no interior do mesmo em decorrência das características hidráulicas do escoamento e também da natureza desse material que apresenta boas características de sedimentação, sendo esta a conseqüência dos fatores físicos e bioquímicos que estimulam a floculação e a granulação. Na parte superior do reator existe um dispositivo destinado à sedimentação de sólidos e à separação das fases sólidas - líquidas - gasosas. Esse dispositivo é de fundamental importância, pois é responsável pelo retorno do lodo e conseqüentemente, pela garantia do alto tempo de detenção celular do processo. Diferentemente dos filtros anaeróbios, não há necessidade de decantação primária, o que simplifica mais ainda o fluxograma da estação de tratamento. Os riscos da geração e/ou liberação de maus odores pode ser bastante minimizado com um projeto bem elaborado e operação adequada do reator. O texto abaixo exemplifica o funcionamento de uma estação de tratamento de esgoto (tratamentos preliminares, primários e secundários). A princípio, uma Estação de Tratamento de Esgoto - ETE, deve estar situada nas proximidades de um corpo receptor, que pode ser um lago, uma represa, ou um curso d'água qualquer. Em geral, o corpo receptor é um rio. O esgoto que chega na estação é chamado "esgoto bruto" e escoa por um tubo de grandes dimensões chamado "interceptor". A seqüência de tubulações desde a saída do esgoto das residências até a entrada na ETE é: • Tubulação primária: Recebe as águas residuárias residenciais;
  28. 28. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 25 • Tubulação secundária: Recebe contribuições das tubulações primárias e outras de águas residuárias das residências; • Coletor tronco: Além de receber as águas dos coletores secundários, pode receber eventualmente algumas contribuições isoladas residencial, sendo esta medida não aconselhável; • Interceptor: Este conduz o esgoto até a ETE e não pode receber nenhuma contribuição individual no caminho. Na entrada da ETE, geralmente existe uma Estação Elevatória que bombeia o esgoto para cima até o nível superficial onde começa o tratamento. O primeiro procedimento consiste em deter os materiais maiores tais como galhos de árvores, objetos conduzidos e arrastados pelo caminho, etc., os quais ficam presos nos sistemas de gradeamento que possui malhas com espaçamentos diferentes em vários níveis. A seguir, o esgoto passa pelos desarenadores ou caixas de areia para a retirada dos materiais sólidos granulares. A próxima etapa ocorre nos decantadores primários onde as partículas sólidas sedimentam no fundo do tanque. Entretanto, algumas partículas são muito pequenas e não possuem peso suficiente para precipitarem. Por isso, geralmente na entrada da ETE, é adicionada uma substância coagulante a fim de unir essas partículas formando outras maiores e mais densas que consigam sedimentar com seu peso próprio no decantador. O tempo necessário para que haja a precipitação é chamado tempo de detenção e é calculado levando em conta diversos fatores. No decantador o movimento da água não deve ter turbulência para facilitar a sedimentação. Os sedimentos acumulados no fundo do decantador são denominados "lodos" e são retirados pelo fundo do tanque, encaminhados para adensadores de gravidade e digestores anaeróbios. Nestes digestores as bactérias e microorganismos aeróbios consomem a maior parte da matéria orgânica constituinte do lodo. O material excretado é consumido no fundo do tanque pelos microrganismos anaeróbios. Assim ocorre uma diminuição do volume do lodo que pode ser encaminhado para filtros prensa e câmaras de desidratação onde ocorre uma diminuição ainda
  29. 29. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 26 maior de seu volume e daí são encaminhados para aterros sanitários ou como esterco para agricultura. Nos digestores, durante o processo de oxidação da matéria orgânica ocorre uma liberação de gás que geralmente é reaproveitado como combustível, muitas vezes para abastecer equipamentos da própria estação de tratamento como, por exemplo, os secadores térmicos. Em estações onde o tratamento primário é considerado suficiente o processo termina nesta etapa. No caso da necessidade do tratamento secundário, o esgoto é levado do decantador primário para tanques de aeração onde ocorre o tratamento por "lodos ativados" que nada mais é do que a recirculação do lodo acumulado no decantador secundário. No decantador secundário há novamente a sedimentação e, a seguir, a água já tratada é despejada no corpo receptor, que, em geral, é um rio ou lago. O escoamento até o corpo receptor é feito por uma tubulação denominada emissário. Esta água pode também ser tratada numa pequena estação de tratamento de água construída nas dependências da própria ETE, e ser reaproveitada para lavagem das dependências físicas da estação e seu abastecimento geral. 20. TRATAMENTO TERCIÁRIO O tratamento terciário visa remoção de nutrientes, patogênicos, compostos não biodegradáveis, metais pesados, sólidos inorgânicos dissolvidos e sólidos em suspensão remanescentes. São exemplos de tratamentos terciários: 20.1 CLORAÇÃO Apesar de somente em 1880 ter sido demonstrado, que determinadas bactérias eram a causa de doenças específicas, desde 1832 dispõe-se de informações sobre a utilização de soluções de cloro na desinfecção de hospitais e também ampla utilização durante a grande epidemia de cólera, ocorrida na Europa em 1831. Na Inglaterra, em 1879, Wilian Soper usou óxido de cloro para o tratamento de fezes de pacientes portadores de febre tifóide, antes da disposição no esgoto.
  30. 30. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 27 Em escala de projeto, a primeira utilização do cloro como agente desinfetante de esgotos sanitários foi realizada em Hamburgo (Alemanha), em 1893. Desde então, o uso do cloro em águas residuárias teve um crescimento vertiginoso, em decorrência do desenvolvimento de técnicas apropriadas. Em 1958, nos Estados Unidos, servindo a uma população de mais de 38 milhões, empregaram esse método de desinfecção (Campos, 1990) O cloro pode ser usado no tratamento de águas residuárias para uma série de outras finalidades além da desinfecção, dentre os quais, o controle do odor, remoção de DBO, controle de proliferação de moscas, destruição de cianeto e fenóis e remoção de nitrogênio. O uso do cloro tem como problema, a produção de compostos de cloro que podem provocar danos à vida aquática. 20.2 RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA A radiação ultravioleta é gerada a partir de lâmpadas de baixa pressão de vapor de mercúrio, que emitem a maior parte de sua energia (85 a 90 %) no comprimento de onda de 253,7 nm, que é efetiva na inativação de microrganismos. O esgoto é exposto à radiação ultravioleta, pelo intervalo de tempo de 1 minuto, obtendo-se com isso, eficiência elevada na remoção de microrganismos patogênicos. As dosagens de radiação ultravioleta normalmente empregadas na inativação de microrganismos em esgotos sanitários são tão pequenas, podendo-se dizer que seus efeitos sobre as substâncias químicas presentes no efluente é insignificante, em relação a formação de novas substâncias, através de reações fotoquímicas. O uso da radiação ultravioleta tem sido muito estudado nos países desenvolvidos. No Brasil, sabe-se que a Escola de Engenharia de São Carlos tem uma linha de pesquisa, com resultados estimulantes. 20.3 OSMOSE REVERSA Neste processo empregam-se membranas sintéticas porosas com tamanhos de poros tão pequenos que filtram os sais (íons) dissolvidos na água. Para que a água passe pelas membranas, é necessário pressurizar a água com pressões acima de 10 kgf/cm2 . Os fabricantes de membranas estão realizando constante esforço no
  31. 31. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 28 sentido de desenvolver novos produtos que proporcionem maior eficiência na filtração. Atualmente a osmose reversa é largamente empregada para melhoria de qualidade de água que participará de processo. Exemplificando: indústrias de alimentos e bebidas. 20.4 OZONIZAÇÃO O interesse no uso do ozônio para tratamento de efluentes deve-se ao seu alto potencial de oxidação (somente excedido pelo flúor e radicais hidroxila), aliado a outras características interessantes para esta aplicação, como o fato de sua pressão parcial ser bastante inferior à do gás oxigênio, sendo facilmente absorvido pela água numa interface de bolhas (50 vezes mais rápido que o gás oxigênio). Seu uso em instalações de tratamento de efluentes visa principalmente a oxidação de compostos orgânicos não biodegradáveis. Como efeito da utilização do ozônio no tratamento de efluentes, são destruídos compostos por desassociações oxidante (quebra de cadeias); reduz metais às suas formas insolúveis (normalização); solidifica (mineraliza) compostos orgânicos dissolvidos, causando a sua precipitação; eleva o potencial redox da água, causando microfloculação dos patogênicos e pirogênicos destruídos, que podem ser removidos por filtração. Uma das dificuldades de utilizar ozônio é o fato dele ser altamente reativo e instável. Estas características impossibilitam seu transporte e armazenamento, ou seja, exige que seja produzido no local de sua aplicação. Sua utilização é bastante difundida em países como França, Itália e Espanha e mais recentemente vem ganhando forte aceitação nos Estados Unidos. As altas concentrações e quantidade de ozônio produzido requerem monitoramento cuidadoso e constante, bem como a eliminação do O3 residual no ar por catálise, irradiação UV ou passagem por carvão ativado. As principais vantagens em relação a outros métodos residem no menor consumo operacional, na não formação de resíduos sólidos e na sua adaptação em sistemas integrados.
  32. 32. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 29 20.5 TRATAMENTO ELETROLÍTICO Essa alternativa explora os fenômenos físicos e químicos que ocorrem em cubas eletrolíticas, possibilitando a ocorrência várias reações de oxi-redução, além de liberação de gases, da migração de íons, da flotação, da corrosão dos eletrodos, e das reações secundárias. O conjunto dessas ações leva a formação de lodo, sendo este separado do líquido, através da flotação ou decantação. 20.6 TROCA IÔNICA Resinas heterodispersas (granulometria entre 0,3 mm até 1,2 mm) estão sendo substituídas pelas monodispersas (granulometria uniforme entre 0,6 e 0,7 mm), de modo a minimizar problemas como o de entupimento dos coletores dos trocadores iônicos. 20.7 SISTEMAS INTEGRADOS DE TRATAMENTO São amplas as possibilidades do emprego da associação de dois ou mais sistemas de tratamento com o objetivo de somar suas vantagens em benefício de devolver a natureza um efluente mais adequado. Exemplo: Ozônio e Ultra Violeta. 20.8 DISPOSIÇÃO DE EFLUENTES LÍQUIDOS As formas mais comuns de disposição final de efluentes líquidos tratados são os cursos de água e o mar. No entanto, a disposição no solo é também um processo aplicado em diversos locais do mundo. A aplicação no solo pode ser considerada uma forma de disposição final, de tratamento (primário, secundário ou terciário). Os esgotos aplicados no solo apresentam, basicamente, três possíveis destinos: retenção na matriz do solo; retenção pelas plantas e aparecimento na água subterrânea. Sabe-se que vários mecanismos de ordem física, química e biológica atuam na remoção dos poluentes do solo, a questão é a toxicidade associada a esse efluente. Até que ponto pode-se afirmar que a degradação desses efluentes ocorra antes que eles atinjam as águas subterrâneas. 20.9 DISPOSIÇÃO DO LODO (FASE SÓLIDA)
  33. 33. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 30 De uma maneira geral, o lodo de esgoto pode ser caracterizado como um material bastante rico em matéria orgânica, com alto teor de umidade e com concentração relativamente elevada de nitrogênio e outros minerais. Quanto ao pH o lodo pode ser considerado praticamente neutro, valores em torno de 6 e 7. Quando bem conduzido, o tratamento de esgoto sanitário, produz um lodo que não apresenta características desagradáveis, seja de aspecto ou de odor. 20.10 ALTERNATIVAS DE DISPOSIÇÃO FINAL PARA O LODO DE ESGOTO Dentre as diversas alternativas de disposição final de lodo de esgoto, podem ser citadas: Aterros Sanitários, áreas de recuperação do solo, disposição no mar, incineração, aplicação em áreas agrícolas e/ ou florestais. A reciclagem dos lodos em sistemas de produção agrícola é freqüentemente citado com uma das melhores alternativas. Mas, para que esta alternativa venha a ser implementada é necessária a adoção de processos que estabilizem os biossólidos, tornando-os seguros para a aplicação proposta. Atualmente alguns processos de estabilização de lodos de esgotos urbanos tem sido sugerido e testado, entre eles está a compostagem, o tratamento químico alcalino com cal e a Estabilização Alcalina Avançada com Secagem Acelerada, também conhecida na literatura como Processo N-Viro. 30. DEFINIÇÃO DE TERMOS “Lodo de esgoto”: denominação genérica para o resíduo sólido gerado pelos sistemas de tratamento de águas residuárias (SANEPAR, 1997). Trata-se de um material heterogêneo cuja composição depende do tipo de tratamento empregado para tratamento do esgoto e das características das fontes geradoras (população e indústrias). Lodo não tratado: lodo passado apenas pela caixa de areia ou por gradeamento. Lodo digerido: lodo proveniente de digestor secundário. Lodo ativado: lodo proveniente do decantador secundário.
  34. 34. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 31 30.1 DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO (DBO) A DBO retrata a quantidade de oxigênio, requerida para estabilizar, através de processos bioquímicos, a matéria orgânica carbonácea, tratando-se, portanto, de uma indicação indireta do carbono orgânico biodegradável. A estabilização completa da matéria orgânica leva cerca de 20 dias, correspondendo assim, à Demanda Última de Oxigênio (DBO5). Entretanto, para evitar que o teste de laboratório fosse sujeito a grande demora, e permitir uma comparação entre diversos resultados, foram efetuadas algumas padronizações: Convencionou-se, proceder à análise da DBO no 5o dia, devido ao tempo de detenção hidráulico dos rios Europeus. Para esgotos domésticos típicos, esse consumo do quinto dia pode ser correlacionado, com o consumo total final (DBOu). Determinou-se, que o teste fosse efetuado à temperatura de 20o C, já, que temperaturas diferentes interferem no metabolismo bacteriano, alterando as relações entre a DBO5 e a DBOu. Teste da DBO no dia da coleta determina-se a concentração de oxigênio dissolvido (OD) da amostra. Cinco dias após, com a amostra mantida em um frasco fechado e incubado a 20o C, determina-se a nova concentração, já reduzida, devido ao consumo de oxigênio durante o período. A diferença entre teor de OD no dia zero e no dia cinco representa o oxigênio consumido, para a oxidação da matéria orgânica, sendo, portanto, a DBO5. 30.2 DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO (DQO) A Demanda Química de Oxigênio (DQO) indica a quantidade de oxigênio que é consumida quimicamente, por diversos compostos orgânicos, sem a intervenção de microrganismos; fornecendo na forma de oxigênio consumido, a quantidade de matéria orgânica oxidável presente na água residuária. A DQO é utilizada como uma medida do equivalente em oxigênio da matéria orgânica, contida em uma amostra, sendo esta, susceptível à oxidação, por um agente oxidante forte. Para amostras de uma fonte específica bem conhecida, a DQO pode ser associada empiricamente, à Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), carbono orgânico ou quantidade de matéria orgânica. O teste da DQO será útil para monitoramento e controle depois de estabelecida a correlação com a DBO.
  35. 35. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 32 31. NOVAS TENDÊNCIAS PARA TRATAMENTO DE EFLUENTES Processos oxidativos avançados: Tais métodos visam mineralizar os poluentes e converte-los em CO2, H2O e ácidos minerais. POAs são, por definição, processos fundamentados na geração de radical hidroxila, de características fortemente oxidantes. Uma das principais características deste tipo de processos está representada pela sua alta inespecificidade, permitindo a completa mineralização de inúmeros substratos de relevância ambiental, em tempos usualmente bastante curtos (segundos) (NOGUEIRA e JARDIM, 1993; BAIRD, 1999; RODRIGUES, 2001; WANG et Al, 2002). Radicais hidroxilas podem ser gerados in situ, através de processos homogêneos ou heterogêneos, irradiados ou não ex. fotocatálise heterogênea (ZAMORA et al, 1999;CHEN et al,2000; WANG et al,2002; BÉLTRAN et al,2002, citados por ZAMORA, 2003). Em geral, sistemas homogêneos e irradiados apresentam uma elevada eficiência de degradação o que, junto com a sua simplicidade operacional, concede boas características como para servir de base para o desenvolvimento de rotinas de remediação, principalmente de substratos resistentes à degradação. 32. ESTUDO DE IMPACTO AMBIENTAL NO CORPO RECEPTOR O aspecto positivo da eficiência de um sistema de tratamento de efluentes tem como vantagens, diminuição da carga orgânica lançada nos rios, Diminuição da carga microbiológica descarregada no ambiente, Geração de parques ecológicos e manutenção da capacidade de reprodução dos ecossistemas. O aspecto negativo da ineficiência de um sistema de tratamento de efluentes é a contaminação da água subterrânea por elementos contaminantes não removidos pelo sistema de tratamento, presença de elementos potencialmente tóxicos na biota e sendo transmitida ao longo da cadeia alimentar, geração de odores desagradáveis, presença de vetores, contaminação do solo, do ar e da água, ocasionando graves danos ao meio ambiente.
  36. 36. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 33 33. LEGISLAÇÃO AMBIENTAL • Em 1980 os Estados Unidos estabeleceram um programa chamado superfund, com o objetivo de limpar depósito de lixos tóxicos abandonados ou ilegais, que poluíam as águas subterrâneas. Os contaminantes perigosos mais comuns nestes locais são os metais pesados: chumbo, cádmio e mercúrio e os compostos orgânicos: benzeno, tolueno, xileno, etilbenzeno e tricloroetileno. Uma substância é chamada perigosa quando constitui um risco para o ambiente, especialmente para os seres vivos. Assim, os resíduos perigosos são substâncias que foram descartadas ou designadas como resíduos e que, representam um risco. A maioria dos resíduos perigosos são substâncias comerciais ou subprodutos resultantes de sua fabricação. A normatização brasileira praticamente é uma transcrição, com adaptações, da legislação americana promulgada no inicio da década de 80. Decorridos quase dez anos da vigência das Normas da ABNT, NBR 10004 a 10007 e atual ISO 14001 que trata dos critérios classificatórios de Resíduos, faz-se necessário promover alterações. A Norma ISO 14001 consiste de cinco elementos estruturais e sucessivos relacionados entre si, sendo assim descritos: Política ambiental – responsabilidade ambiental da organização. Planejamento – inventário da situação ambiental. Implementação e operação – estruturas apropriadas de pessoal, de organização e de processo para que os objetivos possam ser alcançados. Verificação e ação corretiva – realização de auditorias ambientais. Avaliação pela alta administração – verificação e avaliação periódica para garantir adequação e eficácia; circulo de Deming - “plan – do – check – act” (planejar – executar – avaliar – melhorar). 34. SISTEMA DE GESTÃO AMBIENTAL NA INDÚSTRIA O ponto inicial da gestão ambiental se encontra na conceitualização de um projeto de desenvolvimento, entendido como um conjunto complexo de atividades e transformações planejadas para transformar o ambiente natural e humano e que envolve o investimento de capital (tanto econômico como cultural) e de tecnologia.
  37. 37. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 34 Tais projetos de desenvolvimento são as ações necessárias para a materialização de um modelo de desenvolvimento, entendido como um processo ou série de etapas que envolvem múltiplos aspectos da vida social, sobre os que devem se efetuar um processo de mudança induzido em direção a uma situação modernizante, conforme o modelo dos chamados países desenvolvidos. Neste modelo, o investimento de capital e progresso tecnológico constituem os fatores principais do desenvolvimento. Os grandes projetos da infra-estrutura ou os de inclusão e implementação de processos de transformação das regiões para acrescentar ou otimizar as atividades produtivas constituem projetos de desenvolvimentos por si próprios mesmo que façam parte de projetos de desenvolvimentos mais amplos tais como os que têm a ver com o desenvolvimento econômico, político e social de uma nação. Nesta ordem de idéias, o impacto ambiental pode se questionar de uma maneira genérica com a introdução de fatores exógenos de mudança nas relações entre a natureza e cultura, ambiente e sociedade, habitat e populações, ocasionadas pela construção e operação de projetos de desenvolvimento. A gestão ambiental contempla de maneira integrada todos os aspectos que compõe o meio humano e o meio natural em sua interação com os projetos de infra- estrutura, enquanto que vetores se introduzem modificações significativas ao mesmo. Mesmo que os possíveis arranjos disciplinares sejam numerosos, se trabalhará com base em cinco divisões analíticas: física, biológica, econômica, cultural e política. Os impactos ambientais, específicos para o contexto particular de cada projeto e sua identificação, avaliação, prevenção, mitigação ou compensação, constituem o objeto da gestão ambiental. O fato de ser o impacto ambiental o centro da gestão, obriga a sua identificação e avaliação e a definição de planos e programas para o manuseio de cada impacto e em suma, a articulação das considerações ambientais em cada uma das fases dos projetos seguindo o esquema: Diagnóstico === > avaliação dos impactos === > manuseio === > custos É importante ressaltar o fato de que a realização duma gestão ambiental responsável, que aponta o desenvolvimento sustentável e a consolidação de processos democráticos, implica em processos de participação comunitária, e aquelas comunidades que de alguma outra maneira se sintam afetadas pelos
  38. 38. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 35 impactos derivados do projeto. Portanto, um estudo de impacto ambiental, deve ser construído com a comunidade e cada medida de gestão deve ser avaliada pela comunidade, através de um processo de informação e consulta. O estudo dos impactos de um projeto é um só e se desenrola através de diferentes fases, de uma maneira progressiva, avançando desde o reconhecimento geral do meio no qual se circunscreve o projeto a identificação preliminar dos possíveis conflitos e impactos ambientais, passando por um dimensionamento e evolução detalhada dos impactos, até chegar-se ao projeto posto em prática, seguimento e evolução expostos do plano de manejo ambiental. O processo de estudos ambientais é um projeto de desenvolvimento e infra- estrutura, obedece a lógica de prevenir ou mitigar os impactos ambientais; compensar danos ou perdas e potencializa vetores de desenvolvimento em benefício da região envolvida com o projeto. 35. PREVENÇÃO DE POLUIÇÃO A poluição ambiental tem sido apontada como um dos maiores problemas que afeta a sociedade moderna e se deve basicamente ao aumento populacional, acompanhado do desenvolvimento industrial e agrícola e a intensificação de outras atividades humanas, gerando cada vez mais resíduos domésticos e industriais. Resíduos domésticos muitas vezes dispostos indiscriminadamente em áreas sem controle apropriado, bem como os efluentes industriais. Porém, atualmente percebe-se maior adesão da população aos programas de coleta seletiva de resíduos sólidos. E no contexto industrial, é visivelmente significativa a mudança em relação à qualidade ambiental devido a um mercado operativo, globalizado e altamente competitivo que é apontado como um agente catalisador de mudanças. A disposição inadequada de resíduos têm resultado em diversos impactos ao meio ambiente. A atual conscientização da sociedade com relação à questão ambiental, o processo de globalização e a normatização crescente ratificam a necessidade da criação de um programa de gestão de resíduos. A própria criação da ISO 14000, que versa sobre a gestão e auditoria ambiental, é um reflexo de que a questão ambiental é cada vez mais importante. Até mesmo as indústrias já estão começando
  39. 39. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 36 a descobrir que a redução e o reciclo são alternativas melhores que a disposição final de resíduos, uma vez que mundialmente há três grandes razões para isso: custos, legislação e imagem corporativa. Diante desse cenário, tem-se observado em âmbito mundial, grande ênfase nos programas de minimização de geração de resíduos, seu reciclo e reuso. A iniciativa privada tem também se dedicado à exploração de sistemas alternativos de tratamento e disposição final dos mais diversos tipos de resíduos industriais e domésticos contendo metais pesados. De duas décadas para cá é que os regulamentos ambientais tem sido mais rigorosos quanto aos riscos ecológicos e a contaminação ambiental associada à saúde humana aumentando a conscientização. Em muitos casos as tecnologias de tratamento convencional têm suas limitações apenas transferindo estes contaminantes para outra fase. Entretanto, várias alternativas de tratamento tecnológico têm se desenvolvido nestes últimos anos requerendo que se encontre um ajuste ambiental. 36. CONSIDERAÇÕES FINAIS As novas tecnologias estão sendo desenvolvidas principalmente da necessidade de proporcionar um nível mais apurado no tratamento de efluentes. A relação custo/benefício que um sistema de tratamento de esgotos pode propiciar, depende com que se elabora o projeto, executa-se a obra e realiza-se a operação, não somente do processo escolhido, mas, também da competência e honestidade. Os efluentes líquidos e sólidos de uma estação de tratamento de esgoto devem produzir o menor impacto possível a natureza e eventualmente serem reaproveitados. Este é grande objetivo e desafio das novas tecnologias que estão sendo estudadas. É importante salientar que em nosso país a consciência quanto às questões ambientais é mínima na população e inexistente na maioria de nossos administradores públicos. Quando uma empresa atende a legislação, que é bastante branda quanto aos efluentes lançados nos corpos receptores, a tendência geral é achar que ela esta cumprindo sua obrigação. Maior que a obrigação legal é a responsabilidade com as gerações atuais e principalmente com as futuras.
  40. 40. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 37 SANEAMENTO AMBIENTAL Assegurar os direitos humanos fundamentais de acesso à água potável e à vida em ambiente salubre nas cidades e no campo, mediante a universalização do abastecimento de água e dos serviços de esgotamento sanitário, coleta e tratamento dos resíduos sólidos, drenagem urbana e controle de vetores e reservatórios de doenças transmissíveis. Cenário Aproximadamente 60 milhões de brasileiros, moradores em 9,6 milhões de domicílios urbanos, não dispõem de coleta de esgoto. Essa deficiência está exposta especialmente nos bolsões de pobreza das grandes cidades, assim como nas cidades de até 20.000 habitantes e nas regiões Norte e Nordeste do Brasil. É acentuada também a deficiência de tratamento ao esgoto coletado. Quase 75% de todo o esgoto sanitário coletado nas cidades é despejado "in natura", o que contribui decisivamente para a poluição dos cursos d'água urbanos e das praias. Há mais carências importantes em matéria de saneamento ambiental: dos 60 milhões de brasileiros que não contam com coleta de esgoto, cerca de 15 milhões (3,4 milhões de domicílios) não tem acesso à água encanada. E uma parcela da população que têm ligação domiciliar não conta com abastecimento diário e nem de água potável com qualidade. Além disso, 16 milhões de brasileiros não são atendidos pelo serviço de coleta de lixo. E, nos municípios de grande e médio porte onde o sistema convencional de coleta poderia atingir toda a produção diária de resíduos sólidos, esse serviço não atende adequadamente os moradores das favelas, das ocupações e dos bairros populares, por conta da precariedade da infra-estrutura viária naquelas localidades.
  41. 41. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 38 Outros dramas: em 64% dos municípios o lixo coletado é depositado em lixões "a céu aberto". E em muitos municípios pequenos sequer há serviço de limpeza pública minimamente organizado. A tudo isso se soma à falta de drenagem, percebida especialmente a cada chuva mais intensa, quando provoca alagamentos e enchentes nas áreas de estrangulamento dos cursos d'água. Cuidar da Natureza é cuidar da Vida! Efluentes Hídricos de uma refinaria Principais contaminantes encontrados nos efluentes hídricos de uma refinaria A seguir os principais contaminantes de efluentes hídricos de refinaria: • Óleos e Graxas • Fenóis • Mercaptanas • Sulfetos • Cianetos • Chumbo • Mercúrio • Cromo • Zinco • Amônia • Fosfatos • Nitrito e Nitrato Segregação de efluentes hídricos Nas refinarias, os efluentes hídricos gerados devem ser segregados em sistemas distintos, já que sua mistura tende a dificultar os tratamentos. Esta segregação visa à minimização de investimentos, devido à facilidade que pode propiciar ao tratamento final.
  42. 42. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 39 Normalmente, existem cinco sistemas de coleta, conforme descrito a seguir: • Sistema de Efluentes de Processo – recebe os efluentes hídricos que tiveram contato com produtos (por exemplo: lavagem de trocadores de calor, drenagem de bombas, drenos de torres); • Sistema de Efluentes Contaminados – recebe efluentes hídricos que podem ou não estar contaminados por produtos • (por exemplo: água de chuva nos parques de armazenamento, tubo vias, drenagem de tanques); • Sistema de Esgoto Sanitário – recebe águas de banheiro, cozinhas, etc; • Sistema de Soda Gasta – recebe efluentes hídricos oriundos do tratamento cáustico de produtos, bem como águas de lavagem do mesmo processo; • Sistema de Águas Ácidas – coleta condensados de topo de torres de fracionamento. De forma geral, pode-se dizer que todas as correntes originadas dentro dos limites de uma indústria devem sofrer tratamento. Entretanto, o tratamento depende não só do volume da corrente, mas também de sua qualidade. Após separar as correntes em conjuntos semelhantes, deve-se estudá-las de forma a identificar os produtos nelas contidos e estabelecer os tipos de tratamento a serem empregados. Existe para determinadas correntes, a necessidade de tratamentos especiais dados a cada uma no próprio lugar onde ela aparece. Estes tratamentos são chamados de tratamentos “in loco” ou “in situ” e são empregados para águas contendo produtos demasiadamente tóxicos ou em concentrações elevadas. Os sistemas de coleta são direcionados para a Estação de Tratamento de Efluentes Hídricos – ETEH. Nesta estação, estão incluídas as fases de tratamento primário, secundário e terciário. É bom observar que nem todas as indústrias necessitam dos mesmos tratamentos. Assim, as ETEH diferem nos seus componentes, não só pelos fatos alinhados acima (vazão e qualidade), mas também pela profundidade a que se terá que levar o
  43. 43. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 40 tratamento. Outro ponto que cabe salientar é o fato de que, na maioria das vezes, a legislação local acaba por determinar a profundidade do tratamento, já que este será função dos níveis de poluentes possíveis de serem lançados nos corpos receptores. Os tratamentos primários têm como finalidade retirar os compostos em suspensão, tais como sólidos, óleos e graxas. Os tratamentos secundários removem, principalmente, compostos dissolvidos. Existem diversas formas de tratamento secundário, os métodos biológicos aeróbicos são os mais econômicos atualmente. Os processos terciários, também chamados de polimento, são especialmente dedicados a remover poluentes específicos. Os despejos industriais de refinarias possuem compostos instáveis, isto é, que, ao serem expostos ao ambiente, participam de reações químicas e transforma- se em produtos estáveis. Como exemplo, podem ser citados os compostos orgânicos, que ao serem oxidados, formam, ao final do processo, CO2 e H2O. No tratamento biológico, a oxidação é feita por microrganismos que consomem os poluentes como nutrientes obtendo de sua metabolização a energia necessária para sobreviver e reproduzir. Alguns produtos são de difícil metabolização, como o óleo. A maioria dos microrganismos não faz sua assimilação, conseguindo, algumas vezes, uma transformação parcial, que converte o óleo para compostos orgânicos oxigenados e possibilita, assim, sua total degradação por outros organismos. Um outro ponto de importância refere-se à qualidade nutritiva dos efluentes hídricos. Para o desenvolvimento de qualquer organismo vivo, são necessários três nutrientes básicos – nitrogênio, fósforo e potássio – ao lado de nutrientes secundários e micro-nutrientes. Nos efluentes hídricos de uma refinaria, já existe, normalmente, o nitrogênio e até o potássio, então é necessária apenas a adição de fósforo. Tratamentos Localizados Os tratamentos “in loco”, aplicáveis a uma refinaria de petróleo, serão descritos a seguir. Unidade de Tratamento de Soda Gasta Este tratamento possui duas etapas: oxidação e neutralização.
  44. 44. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 41 A etapa de oxidação tem por finalidade oxidar NaSH (sulfeto ácido de sódio) e Na2S (sulfeto de sódio). Esta oxidação é feita através da adição de ar. A torre de oxidação é composta de quatro seções, cada qual provida de distribuidores, destinados a promover a mistura de solução de soda gasta com ar. O gás residual é incinerado e a soda tratada é enviada para a etapa de neutralização. Nesta etapa, a soda gasta é misturada com um ácido forte. O ácido normalmente usado é o ácido sulfúrico (H2SO4). O pH é ajustado para valores próximos de 7,0. Após a neutralização, a corrente é encaminhada para a ETEH. Unidade de Tratamento de Águas Ácidas A finalidade da unidade de Tratamento de Águas Ácidas é remover o sulfeto de hidrogênio (H2S), amônia (NH3) e o ácido cianídrico (HCN). Água ácida (sour water) é um nome genérico, não muito adequado, devido ao pH, normalmente acima de 7,0. O pH freqüentemente alcalino deve-se à presença de amônia. O processo utilizado para reduzir o teor de contaminantes dos condensados de vapor d'água das torres fracionadoras, a fim de permitir sua reutilização nas unidades de refino, ou seu descarte na rede de coleta, consiste em submeter a carga de águas ácidas a um sistema de aquecimento e de retificação ou esgotamento, com vapor d'água. A injeção de vapor d'água na torre retificadora tem duplo efeito, o de fornecer o calor necessário à vaporização dos contaminantes e o de reduzir a pressão parcial dos mesmos. O gás residual formado é queimado nos fornos e a água retificada é utilizada no processo de dessalgação, para lavagem do petróleo e daí descartada para a ETEH. O arraste de hidrocarbonetos representa o maior problema para operação desta unidade, pois irá aumentar a pressão na retificadora, e reduzir, conseqüentemente, a eficiência de esgotamento. Temperatura e a pressão são variáveis importantes no processo de retificação. A redução na pressão ou a elevação na temperatura aumentará a eficiência de remoção dos contaminantes da carga.
  45. 45. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 42 Estação de Tratamento de Efluentes Hídricos – ETEH Todas as correntes poluídas, depois de coletadas em sistemas característicos e separadas, são enviadas à Estação de Tratamento de Efluentes Hídricos, onde são submetidas aos tratamentos finais necessários à remoção dos poluentes, de modo a enquadrá-las nos padrões de qualidade definidos e pré-estabelecidos. Os tratamentos são divididos em primários, secundários e terciários ou de polimento. A equalização dos efluentes tem como objetivo minimizar ou controlar as variações de vazão e as concentrações dos poluentes, de modo que se atinjam as condições ótimas para os processos de tratamento subseqüentes e haja melhoras na eficiência dos tratamentos primários, secundários e terciários. A equalização é geralmente obtida através do armazenamento das águas residuais num tanque de grandes dimensões, a partir do qual o efluente é bombeado para a linha de tratamento. Tratamentos Primários Sua finalidade é remover, por meios puramente mecânicos, todas as substâncias que possam dificultar os tratamentos secundários e terciários. As substâncias mais importantes aqui removidas são os óleos, graxas e os sólidos. A primeira etapa neste tratamento é a remoção de sólidos grosseiros, através de gradeamento. Depois do gradeamento, a água é enviada ao separador de água e óleo. Os separadores de água e óleo removem o óleo livre e os sólidos em suspensão. Não removem o óleo emulsionado. Essa remoção evita mais emulsionamento, uma vez que a água deverá sofrer agitação durante seu processamento nos tratamentos secundários. Separadores de Água e Óleo Os principais tipos são o API e o de Placas Paralelas. Os modelos mais antigos eram do tipo API. Atualmente, é empregado o tipo placas, já que ele pode ser adaptado facilmente a caixas de tipo API já existentes, através de pequenas transformações, que permitem o aumento de sua capacidade. Separadores tipo API
  46. 46. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 43 Seu princípio de funcionamento reside na separação natural do óleo por diferença de densidades, ao se utilizar uma caixa com fluxo perfeitamente laminar. O óleo, por ser mais leve do que a água vai para a superfície, enquanto que os sólidos vão para o fundo por serem mais densos. O processo é contínuo e lembra o empregado no clarificador convencional. O separador de água e óleo é, na verdade, um separador de água, óleo e sólidos. Os sólidos retirados são mais finos do que os removidos no gradeamento. Um raspador é montado sobre uma ponte rolante que passeia entre os extremos do separador. Em um sentido, a ponte raspa o óleo da superfície e, no outro, raspa os sólidos do fundo. O óleo é coletado num poço e mandado para tratamento, já que é econômico seu aproveitamento. Os sólidos são coletados numa caixa própria nos extremos do separador e dispostos, geralmente, em Landfarming. Na entrada do separador, existe um cilindro rotativo para retirada do óleo que já está sobrenadante. Há uma faca, sempre em contato com o cilindro, que raspa o óleo deste para o poço de óleo. O cilindro é feito de material que possui a propriedade de reter facilmente, porém retém pouquíssima água (20% água, 80% de óleo, aproximadamente). O separador do tipo API é mais barato, menos eficiente, necessita de área de instalação muito grande, apresenta necessidade de vários células para facilitar manutenção, sem prejudicar o funcionamento de toda a unidade. Separador de Placas Paralelas O funcionamento é diferente do tipo API. Seu principal constituinte é um recheio de placas planas ou corrugadas, colocadas e fixadas em um canal formado por um septo existente num tanque, onde a água também escoa em regime laminar. O óleo, por possuir menor densidade do que a água, cola nas superfícies dos canalículos e forma uma camada cada vez mais grossa. Devido ao empuxo, sobe até a superfície livre do líquido em forma de grandes gotas. Com os sólidos, ocorre justamente o contrário, isto é, formam grandes camadas nas superfícies inferiores dos canalículos, escorregam para baixo e depositam sobre o fundo do tanque. A coleta do óleo também é feita por tubo flauta. O equipamento em si é muito mais simples que o API moderno, por não possuir partes móveis. É muito compacto e possui grande capacidade se comparado com o tipo API.
  47. 47. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 44 A seguir, são citadas algumas vantagens: Este separador é mais eficiente, muito embora tenha alto custo inicial, apresenta fácil manutenção de suas placas. Esta pode ser feita externamente ao separador, o que afeta pouquíssimo seu funcionamento normal por parar uma pequena parte do separador. O tipo API, funcionando bem, proporciona 40 ppm ou menos de óleo na saída e mal operado resulta em 150 ppm. No tipo placas, admitem-se 20 ppm ou menos quando funcionando bem. Normalmente, precisa-se maior segurança quanto ao teor de óleo presente no despejo. Essa segurança é proporcionada pelo uso de flotadores na cadeia de tratamento, após os separadores de água e óleo. Flotadores O princípio de funcionamento do flotador reside na formação de bolhas de ar em torno das partículas de óleo, o que as torna muito mais leves, pois o ar, por ser muito mais leve do que óleo ocupa um volume apreciável e favorece a flutuação da gota de óleo. Desta forma, é possível sua fácil separação. Os flotadores são do tipo ar dissolvido ou do tipo ar disperso. O flotador a ar disperso difere do de ar dissolvido apenas na maneira de se injetar ar, já que este é injetado através de borbulhadores de fundo que permitem bolhas de ar bastante pequenas. No flotador de ar dissolvido, há um dispositivo que injeta ar comprimido na água pressurizada entre 2 a 4 kg/cm2. Na massa de água, como a pressão é elevada, a solubilidade do ar aumenta. Em seguida, a mistura água e ar são bruscamente expandidos numa válvula redutora de pressão, onde ocorre, então, o fenômeno inverso, ou seja, ao abaixar a pressão, reduz também a solubilidade do ar na água. Logo, o excesso de ar é liberado em forma de pequenas bolhas. As bolhas são muito pequenas e envolvem as menores gotículas de óleo, melhorando sua flutuabilidade. O óleo sobe à superfície, onde é separado da água pelo coletor de óleo. Com os sólidos presentes na água, acontece fenômeno idêntico ao descrito para o óleo, porém a separação dos sólidos é mais deficiente porque estes têm tendência forte de descer para o fundo. Antes da corrente a ser tratada entrar no flotador, é feita a adição de coagulantes, como sulfato de alumínio, sulfato ferroso ou orgânicos. A coagulação (floculação de água) possibilita o aumento das gotas de óleo por aglutinação. Tal procedimento melhora muito a eficiência do processo. O óleo e os
  48. 48. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 45 sólidos flotados são encaminhados para uma centrífuga para redução de volume e dispostos, então, em Landfarming. Tratamento do Óleo Recuperado nos separadores de água e óleo Os tratamentos de óleo recuperado nos separadores de água e óleo são do tipo convencional e constam, basicamente, de: aquecimento; injeção de diluentes; repouso e drenagem. O aquecimento reduz a viscosidade da fase oleosa, enfraquece o filme interfacial e, em decorrência disso, ocorre a separação das fases óleo e água. A temperatura do tanque deve ser controlada em 80ºC, para evitar a formação de espuma. Os diluentes usados são produtos leves de baixa viscosidade (o querosene é o mais usado), cuja finalidade é reduzir a viscosidade e a densidade da fase oleosa e, conseqüentemente, aumentar a absorção dos agentes emulsificantes pelo óleo, de modo a facilitar a separação das fases óleo/água. A agitação proporciona uma homogeneização da mistura emulsão/diluente, isto é, favorece um bom contato destes produtos e, conseqüentemente, uma boa eficiência no tratamento. O repouso permite a separação final das fases água/óleo, a fim de possibilitar a drenagem da água. O óleo recuperado é reprocessado nas Unidades de Destilação. Tratamentos Secundários e Terciários A fase do tratamento secundário e/ou terciário é aquela em que os poluentes dissolvidos e/ou específicos devem ser eliminados ou reduzidos. Tratamentos Biológicos O sistema baseia-se em dois princípios biológicos fundamentais: respiração e fotossíntese. O primeiro constitui o processo pelo qual os organismos liberam, dos alimentos ingeridos ou acumulados, as energias necessárias às suas atividades vitais. A fotossíntese é o processo pelo qual, determinados organismos conseguem sintetizar matéria orgânica, portanto acumular energia potencial, utilizando a luz solar (ou artificial) como fonte de energia.
  49. 49. Curso Técnico de Petróleo da UFPR Site: www.tecnicodepetroleo.ufpr.br 46 A maior parte dos seres fotossintetizantes desprende oxigênio, no meio, como subproduto de sua atividade. Estabelece-se, assim, na natureza, na atmosfera, no interior de uma lagoa, uma espécie de círculo vicioso, em que os organismos fotossintetizantes sintetizam matéria orgânica, liberando oxigênio no meio. Organismos heterótrofos alimentam-se da matéria orgânica, utilizam oxigênio para sua oxidação, obtendo a energia necessária e liberando, como subproduto desta atividade, gás carbônico necessário à fotossíntese. A respiração aeróbica, isto é, a que é realizada em presença do oxigênio, compreende a seguinte reação geral: C6 H2 O6 + CO2 ® 6 CO2 + 6 H2 O + 673 kcal Implica, pois, na transformação prévia da matéria orgânica em glicose, que será, por sua vez, “queimada”, com produção de calor útil. A retirada de hidrogênio é o principal fenômeno a ocorrer em qualquer oxidação biológica e, dentro desta concepção, a função do oxigênio é a de “aceptor de hidrogênio”. Reações semelhantes podem ser realizadas, biologicamente, utilizando outras substâncias como aceptores de hidrogênio. Neste caso, trata-se, então, de respiração anaeróbica, verificada somente em ambiente destituído de oxigênio. Nitratos podem constituir aceptores de hidrogênio, sofrendo reações de redução a nitritos; sulfatos são reduzidos a sulfetos (com a conseqüente produção de odores de H2S); e CO2 pode ser reduzido a metano. Em presença de oxigênio, entretanto, esses processos de respiração (também denominados fermentação), característicos de certos tipos de bactérias, não se verificam, pois o oxigênio é extremamente tóxico aos chamados anaeróbios obrigatórios. Já os anaeróbios facultativos dão preferência ao oxigênio como aceptor, por ser o tipo de oxidação mais completo, em que toda a matéria orgânica é transformada em CO2, com máximo aproveitamento de energia, isto é, máximo rendimento térmico. A respiração é um processo universal, pois todos os seres vivos, vegetais ou animais, despendem energia. A obtenção de matéria orgânica realiza-se através da nutrição. Organismos heterótrofos – animais e também vegetais, como fungos e grande parte das bactérias ingerem a matéria orgânica encontrada no meio, seja por predatismo, destruindo outros seres vivos, seja por saprofitismo, alimentando-se de produtos de decomposição de organismos mortos.

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