Tratamento de Água e Efluentes: Ajuste de pH

Tratamento de
Água e Efluentes
2º. Sem./2010
Eng.Ambiental

Métodos de
Tratamento

Químicos

Esquema Convencional
Destino final do
Remoção
efluente tratado (lago,
rio, corpo d´água) especial
Entrada
ETE
Caixa de Decantador Decantador
areia primário secundário
grades
Retorno sobrenadante Reator
Legenda: Bomba
biológico
• Fase liquida sendo clarificada de lodo
• Sobrenadante retorno a ETE Recirculação de lodo
• Lodo (sólido) remoção e
tratamento
Espessador Flotador
Destino final do de lodo
lodo desidratado
(aterro sanitário)

Condicionamento e
Digestor de lodo
secagem de lodos

Tratamento de Efluente

Métodos

Operações Processos
unitárias unitários

Reação
Forças
química ou
físicas
biológicas

5


Métodos

• gradeamento • Acerto de pH • Processo

Tratamento biológicos
Tratamento químicos
Tratamentos Físicos

• Peneiramento • Preciptação química aeróbicos
• Sedimentação • Oxi-redução • Lodos ativados
• Separação • Troca-iônica • Lagoas aeradas
gravidade • Lagoas de
diferencial estabilização
• Flotação • Filtros biológicos
• Filtração • Contactores
• Aeração biologicos rotativos
• Stripping • Processos
• Adsorção anaeróbicos
• Reatores fluxo
ascendente

6


Tratamentos Químicos

Os tratamentos físico-químicos são
caracterizados pelos seguintes processos:

Ajuste de
pH

Precipitação
Troca Iônica
Química

Oxi-redução



No que consiste os tratamentos Químicos?

 São processos unitárias em que atuam as
transformações químicas promovendo a
separação de fases de modo que cada uma
dessas fases segregadas sofra tratamentos
específicos finais ou complementares.

8



O tratamento químico pode ser utilizado como pré ou
pós-tratamento de efluentes industriais, objetivando :
 Clarificação de despejos contendo sólidos em suspenção ou
material coloidal (1 a 100 micras);
 Desbaste parcial de carga orgânica (DBO) antes de um
tratamento biológico;
 Eliminação de poluentes recalcitrantes (ex.: ingredientes
farmacêuticos ativos – API)
 Remoção de metais pesados, cianeto, arsênio, fluoretos, boro,
fósforo, etc
 Polimento de efluentes de tratamento biológico com relação a SS
e turbidez, visando tratamento avançado, com finalidade de reuso
9


Ajuste de pH

Ajuste de pH. Para que serve ?

 É uma das formas de condicionamento das
águas residuárias industriais de acordo com as
finalidades requeridas a “jusante”, segundo os
seguintes casos:

10


Ajuste de pH
Quando são necessários ?
Antes da descarga em corpo d´água receptor ou sistema público:
• enquadramento na faixa adequada de lançamento (corpo hídrico) –
5,0 a 9,0 (Conama 357)
Antes de processos físicos (convencionais e avançados)
• Garantir operacionalidade em processos como: osmose reversa, troca
iônica, clarificação.
Antes de processos químicos de tratamento
• pH ótimo para remoção de “metais pesados”, oxidação de cianetos,
redução do cromo, remoção da amônia, fósforo, etc
Antes de processos biológicos de tratamento
• Garantir funcionalidade (aeróbicos e anaeróbicos)
11


Ajuste de pH

Como é feito o ajuste de pH ?
 Fundamentalmente de duas formas:
 a) Mistura em tanques de equalização ou tanques-
pulmão das correntes de despejos ácidos e alcalinos
oriundos da mesma ou de outra planta;
 b) Adição de ácidos (ou bases) nas correntes de
despejos

12


Ajuste de pH

Sistema ajuste pH – Tanque de Equalização

Curtume - http://www.belafranca.com.br/tratamento.asp
13


Ajuste de pH

Ajuste pH (online) – Adição de Químicos
3

5 1. Estação de dosagem para
ácidos
2. Estação de dosagem para
alcalinos
4
6
3. Controlador para controle
do pH
4. Misturador estático
5. Sensor de pH
6. Bombas dosadoras
2
1
14


Ajuste de pH

Controle de pH - Elementos

dosador
sensor

Controlador
15


Ajuste de pH

Óxido de cálcio – CaO (cal virgem)

Carbonato de cálcio – CaCO3 (calcário)

Hidróxido de sódio – NaOH (soda cáustica)

Carbonato de sódio – Na2CO3 (barrilha)

Hidróxido de amônia – NH4OH (amoníaco)
16


Ajuste de pH

Álcali Vantagens Desvantagens
CaO Mais usado, baixo custo. Gera muito lodo, Se
neutralizado com H2SO4 
CaSO4 (insolúvel)
CaCO3 Efetivo, utilizado na forma Restrição à H2SO4 > 0,6%
de leito ou coluna. Pode (colmatação do leito com
ser usado em associação formação de CaSO4).
NaOH Reativo, armazenamento, Custo elevado, manuseio
automatização, lodo gerado perigoso, neutralização libera
solúvel (sais de sódio) muito calor
Na2CO3 Ação rápida. Custo baixo Gera CO2 (formação espuma)
NH4OH Gera NH3 (pode contaminar)

17


Ajuste de pH

Ácido sulfúrico – H2SO4

Ácido clorídrico - HCl

Gás carbônico – CO2

18


Ajuste de pH

Álcali Vantagens Desvantagens
H2SO4 Dosado em altas Corrosivo. Neutralizado com
concentrações (menor sais de Na (sais solúveis) e Ca
volume). (sais insolúveis). Íons sulfatos
podem ser reduzidos a sulfetos
(anaeróbio)  H2S
HCl Menor preço/kg que H2SO4. Odor irritante e penetrante.
Comercializado a 33% (maior
volume armazenamento)
CO2 Reage com a alcalinidade Custo elevado, requer
do meio formando instalações de gás
bicarbonatos solúveis (borbulhamento)
“efeito tampão” (pH 8-8,5)

19


Ajuste de pH

Controle de pH - Neutralização
Sensibilidade na
vizinhanças do
ponto baixo “efeito
tampão”

20


Ajuste de pH
Medidor de CO2

Evaporador
Dióxido
de Solvocarb
carbono reator
Painel Bomba
de centrífuga
controle

Tanque Sensor pH
criogênico

Tanque de
Afluente neutralização Efluente
alcalino tratado
Fonte: Linde (gases industriais)


Ajuste de pH

No processo SOLVOCARB®-R,
dissolve-se dióxido de carbono na água
residual através de um reator. Este
último pode ser inserido no afluente
principal ou num efluente de retorno.
Estes reatores feitos de plástico
operam normalmente a uma pressão até
6 bar e a temperatura
máxima de operação é 45º C. Para
temperaturas ou pressões superiores,
podem ser utilizados reatores de aço
inoxidável


Ajuste de pH

O dióxido de carbono combina-se com a
água para formar ácido carbônico
segundo a reação:
• CO2 + H2O → H2CO3
O ácido carbônico reage com as bases
segundo a reação:
• H2CO3 + B - → HCO3 - + HB (1ª acidez)
• HCO3 - + B - → CO3 2- + HB (2ª acidez)

Sendo B - = OH - , NH3, etc


Ajuste de pH

Exercício Proposto 1 – Ajuste de pH

 Uma vazão de 25m3/h de um efluente industrial
predominantemente ácido deverá ser neutralizado até
pH em torno de 7 a fim de ser submetido a tratamento
biológico. Dimensionar um dispositivo de neutralização
com Ca(OH)2 a 10% (considerar neutralização, em
regime de fluxo contínuo, em um único estágio),
determinando-se
 1) Consumo de reagentes;
 2) Volume do reator.
24


Ajuste de pH

Exercício Proposto 1 – Ajuste pH
 Resposta esperada:
 a) 3.600 mg/L de cal
 b) volume de cal = 0,9 m3/h
 c) Volume reator = 6,25 m3

25


Tratamentos Físico-Químicos

Sistema de Dispersão – M. Rápida e Floculador
 Existe dois tipos de sistema floculação: mecânico e o
de chicanas;
 Floculadores mecanizados:
 Com agitador de paleta
 De Eixo vertical tipo fluxo axial

26



 O volume do tanque é calculado a partir do tempo de
retenção hidráulico:

𝑉 = 𝑄. 𝑇𝑟
 Onde,
 V = volume do tanque (m3);
 Q – vazão (m3/min)
 Tr – tempo de retenção hidráulico (min)
27



 A potência de agitação, tanto em tanques de mistura
rápida como em tanques de floculação, é calculada
pela expressão:
µ. 𝑉. 𝐺2
𝑃=
76
 Onde,
 P – potencia (CV);
 µ – viscosidade absoluta da água 20º C (1,09x10-4 kgf.s/m2)
 G – gradiente de velocidade (s-1)
 Nota: Fator conversão de kgf.m/s em CV = 76
28



Exercício Proposto 2 – Sistema de Dispersão
 Calcular o volume e a potencia de agitação de um
tanque de mistura rápida, com agitador tipo turbina
radial, bem como de um tanque de floculação, com
floculador mecânico de turbina axial, para o tratamento
físico-químico de um despejo industrial cuja a vazão a
ser tratada é de 25 m3/h. Os ensaios de tratabilidade
indicaram tempos de detenção, respectivamente, de
1000 s-1 e 50s-1. Dado:
 Viscosidade absoluta do líquido a 20º C = adotado da
água (1,029x10-4 kgf.s/m2);
29



Exercício Proposto 2 – Sistema de Dispersão
 Resposta esperada:
 a) tanque de mistura rápida:
 V = 0,42 m3 e P = 0,57 CV
 B) tanque de floculação
 V = 6,25 m3 e P = 0,02 CV

30


Precipitação Química

O que é ?
 Método muito utilizado para remoção de metais
pesados solúveis nos efluentes líquidos industriais,
através da:
 Adição de uma substância que reage quimicamente
com a substância em solução, formando, um
composto insolúvel, (ex: precipitação na forma de
hidróxidos e sulfetos).
 Adição de uma substância que altera o equilíbrio de
solubilidade, de forma a não mais favorecer a
permanência da substância em solução;
31



O que é ?

 Adição de compostos que reagem entre si
formando um precipitado, que irá arrastar ou
adsorver a substância a ser removida (co-
precipitação)
 Alteração da temperatura de uma solução
saturada ou próxima a saturação, para diminuir a
solubilidade da substância presente;

32



Adição de uma substância formando
composto insolúvel (mais comum)
 Consiste em mudar a solubilidade e tornar insolúveis
algumas ou todas as substâncias dissolvidas numa
corrente líquida, alterando-se o equilíbrio químico
(Kiang e Metry, 1982 e Idaho, 1992)
 A precipitação de metais depende de dois fatores:
concentração do metal e o pH da água
 Concentração metais pesados  1 a 100 mg/L
 pH < 7 ou pH muito alcalino (vide gráfico)
33



 O gráfico ilustra como a
solubilidade de um metal
pesado é diretamente
influenciado pelo pH
 O ponto de inflexão das curvas
definem os limites de
concentração dos metais
dissolvidos

Fonte:Environmental Protection Agency (EPA) 34



Processos usuais de precipitação química
Químico Metal removido pH vantagens desvantagens
As; Cd; Cr(III); - Comumente - Gera um grande volume
Hidróxido Cu; Fe; Mn; Ni; 9,4 utilizado de lodo.
de Cálcio Pb e Zn. - Efetivo - Interferência com agentes
Eficiência de - Econômico complexantes
(Cal) Remoção: - O lodo é quando da estabilização da
• > 99,0 % para desidratado lama de hidróxidos.
Cr; Cu; Pb e Fe; facilmente. - Dosagem excessiva pode
• 98,6 % para o reduzir a qualidade de
Zn; e efluentes
• 97,0 % para o Ni - A lama gerada não é
adequada para a
recuperação do metal.

35



Químico Metal removido pH Vantagens desvantagens
As; Cd; Cr(III); - Gera um menor - Mais caro que o óxido
Hidróxido Cu; Fe; Mn; Ni; 9 a 11 volume de lodo de cálcio.
de Sódio Pb; Zn e Ag.
- Apresenta uma - Necessita de
(Soda Eficiência de excelente equipamentos de grande
Caustica) remoção: eficiência de parte para a separação
• > 99 % para o neutralização. dos sólidos, em função
Cd; Cr; Pb; Ni; e do material precipitado
Zn; - O lodo é ser muito fino.
• 98 % para o adequado para a
Cu; recuperação de
• 76% para a Ag metais.

36



- Efetivo para o - Reagente de custo
Óxido ou As; Cd; Cr(III); 8a9 tratamento de bastante elevado.
Hidróxido Cu; Fe; Mn; Ni; efluentes com baixa
de Pb e Zn. concentração de - Deve-se utilizar uma
Magnésio metais (≤ 50mg/l). quantidade de três a
- Pequeno volume de quatro vezes superior
lodo; à estequiométrica,
- Fácil desidratação para elevar o pH para
do lodo. valores entre 8 e 9.
- Mais eficiente
quando realizado em
bateladas

37



- A solubilidade dos - Pode ocorrer a
Sulfetos As; Cd; Cr(III); 9 sulfetos metálicos é geração de gás
solúveis. Fe; Mn; Pb; e Zn. menor que a dos sulfídrico em
hidróxidos. condições ácidas.
(Sulfeto Eficiência de - Os cromados não - O efluente tratado
de Sódio) remoção: requerem a etapa de pode apresentar
- 82% para o Pb; redução: excesso de sulfeto
- 88% para o Cr; - Não é afetado pela após o tratamento.
- 93% para o Zn; maioria dos agentes - A formação rápida
- 95% para o Cd; quelantes. de precipitado pode
- 98% para o Cu - Lodo adequado para dificultar a
e Ni; a recuperação dos Precipitação
metais
38



Tratamento Efluente contendo “Cianeto”
O cianato (CNO-) é cerca de 1.000 Efluente c/
vezes menos tóxico que (CN-) cianato
CNO-
Afluente c/
CN- Elevação de Oxidação do Redução do
pH (> 10) cianeto pH

• Cl2
• NaOH • NaClO • HCl
• Ca(OH)2 • Ca(OCl)2 • H2SO4
• H2O2
• 03
39



Tratamento Efluente contendo “Cromo
hexavalente”

Efluente c/
Cr6+ Redução do
Redução do
pH para Elevação pH Precipitação
cromo: Cr6+
abaixo de p/ 8 a 9 do Cr3+
 Cr3+
3,0

• Precipitado
como
hidróxido
de cromo –
• H2SO4 • SO2 • NaOH Cr(OH)3
• NaHSO3
• FeSO4
40



Restrição do método de precipitação
 A casos frequentes de precipitação de metais sob a
forma de hidróxidos em que não se atingem os níveis
exigidos pela legislação
 Isso se deve porque muitas plantas de galvanoplastia
contêm compostos que interagem com metais
dissolvidos e interferem com a sua precipitação como
hidróxido metálicos.
 Exemplo: metais pesados complexados com cianetos
 Formam íons complexados solúveis em sol. neutras e
levemente alcalinas 41



 Agentes quelantes:
 Cianetos
 Fosfatos
 EDTA

42



Como remover este íons ?
 Precipitação / remoção do metal da solução por um
método que, ao contrário da precipitação de
hidróxidos, é relativamente imune aos efeitos
quelantes dos compostos (cianeto, fosfatos e EDTA)
 Ex.: precipitação por sulfeto e troca iônica
 Pré-tratamento dos efluentes para livrar o íon metálico
dos agentes quelantes.
 Ex.: condições extremas de pH para dissolver o metal
complexado liberando o íon metálico, uso de Cálcio
para “segurar” o complexo quando reajustar o pH 43


Oxidação ou redução
O que é ?
 As reações de oxidação-redução química são aquelas nas
quais o estado de oxidação de pelo menos um dos
reagentes envolvidos é elevado, e o outro, reduzido (Kiang
e Metry, 1982 e Idaho, 1992). Exemplo:
 2 MnO4- + CN-  2 MnO42- + CNO- + H2O;
 Nox CN- : aumenta de -1 para +1
 Nox MnO4- : diminui de -1 para -2
 Têm por objetivo diminuir a toxicidade de uma determinada
corrente líquida;
 Podem ser utilizados para compostos orgânicos, metais e
alguns compostos inorgânicos.
44



Principais agentes Oxidantes

45



Aplicação dos agentes oxidantes na ETE
Oxidante Contaminante
Ozônio Sulfetos; Odores;
Cianetos; Compostos orgânicos
Ar Sulfitos; Sulfetos;
Íons ferrosos (muito lento)
Cloro gás Sulfetos;
Mercaptanas
Cloro gás em meio alcalino Cianeto
Dióxido de cloro Cianeto;
Pesticidas
Hipoclorito de sódio Cianeto;
Chumbo;
Hipoclorito de cálcio Cianeto
46



Aplicação dos agentes oxidantes na ETE

Oxidante Contaminante
Permanganato de potássio Odores; Cianetos; Chumbo
Fenol; Pesticidas; Compostos
orgânicos contendo enxofre;
formaldeídos, manganês
Peróxido de hidrogênio Fenol; Cianeto;
Compostos contendo enxofre e
Chumbo

47


Troca Iônica

O que é ?
• Processo de separação onde o soluto é retido por
meio de uma reação química com uma resina sólida
trocadora de íons (os íons em solução podem ser
removidos por este processo)
• Exemplos ETE:
• Espécies iônicas dissolvidas (Al3+, Pb2+, Sr2+, etc.)
• Ânions inorgânicos (F-, NO3-, SO42-, CN-, etc)
• Ácidos orgânicos (carboxílicos, fenóis, etc)
• Exemplo ETA
• Abrandamento de água industrial (remoção de íons
de Ca e Mg que causam depósitos e incrustações
nas tubulações e equipamentos)
48


Troca Iônica - Abrandamento

49


Troca Iônica - Abrandamento

Água Dura Água
abrandada
Ca(HCO3)2
NaHCO3
Mg(HCO3)2
NaCl
CaCl2 R- Na+
(resina catiônica) Na2SO4
MgCl2
CaSO4
MgSO4

CaCl2
• Dreno MgCl2
50

Onde Estudar a Aula de Hoje

Nos Livros
• Cavalcanti, José Eduardo W. de A. – Manual de
Tratamento de Efluentes Industriais – ABES –
Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e
Ambiental ( Cap. 10 e 11)
• Hespanhol, Ivanildo & Mierzwa, José Carlos -
Água na Indústria – Uso Racional e Reuso – Cap 6
(Técnicas para Tratamento de Efluentes)

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