PROCESSOS ELETROQUÍMICOS DE TRATAMENTO DE EFLUENTES ... · PDF file– Usos...

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AndrAndrééa Moura Bernardesa Moura Bernardes

2013

PROCESSOS ELETROQUÍMICOS DE TRATAMENTO DE EFLUENTES VISANDO O REÚSO DE ÁGUA

Múltiplos Usos da Água

http://www.acinh.com.br/download/Presente%20Futuro%20Rio%20dos%20Sinos.pdf

Múltiplos Usos da Água

http://www.acinh.com.br/download/Presente%20Futuro%20Rio%20dos%20Sinos.pdf

Tensões e conflitos pelo uso compartilhado da água

http://www.acinh.com.br/download/Presente%20Futuro%20Rio%20dos%20Sinos.pdf

•• A qualidade das A qualidade das ááguas utilizadas para o guas utilizadas para o abastecimento pabastecimento púúblico não apresenta muitas vezes blico não apresenta muitas vezes caractercaracteríísticas compatsticas compatííveis com as necessveis com as necessáárias a rias a um uso industrial. um uso industrial.

•• Para cada uso especPara cada uso especíífico da fico da áágua devem ser gua devem ser estabelecidos parâmetros de qualidade adequados. estabelecidos parâmetros de qualidade adequados. Desta forma, um tratamento de potabilizaDesta forma, um tratamento de potabilizaçção da ão da áágua pode não ser o mais adequado para o uso em gua pode não ser o mais adequado para o uso em processos que exijam processos que exijam áágua gua desmineralizadadesmineralizada. .

•• A gestão de A gestão de ááguas mais eficiente guas mais eficiente éé aquela que aplica aquela que aplica um tratamento de um tratamento de ááguas compatguas compatíível com o uso vel com o uso subseqsubseqüüente. ente.

Variáveis de Qualidade da Água

– Variáveis Físicas– Variáveis Químicas– Variáveis Microbiológicas– Variáveis Toxicológicas

Aplicações da Água Reciclada(em função da qualidade da água reciclada )

– Irrigação paisagística– Irrigação de campos para cultivos– Usos industriais: refrigeração, alimentação de caldeiras, água de

processamento.– Recarga de aqüíferos– Usos urbanos não-potáveis: irrigação paisagística, combate ao

fogo, descarga de vasos sanitários, sistemas de ar condicionado, lavagem de veículos, lavagem de ruas e pontos de ônibus, etc.

– Finalidades ambientais: aumento de vazão em cursos de água, aplicação em pântanos, terras alagadas, indústrias de pesca.

– Usos diversos: aqüicultura, construções, controle de poeira, dessedentação de animais.

Aplicações da Água Reciclada(em função da qualidade da água reciclada )

– Irrigação paisagística– Irrigação de campos para cultivos– Usos industriais: refrigeração, alimentação de caldeiras, água de

processamento.– Recarga de aqüíferos– Usos urbanos não-potáveis: irrigação paisagística, combate ao

fogo, descarga de vasos sanitários, sistemas de ar condicionado, lavagem de veículos, lavagem de ruas e pontos de ônibus, etc.

– Finalidades ambientais: aumento de vazão em cursos de água, aplicação em pântanos, terras alagadas, indústrias de pesca.

– Usos diversos: aqüicultura, construções, controle de poeira, dessedentação de animais.

Processos de tratamento de águas e efluentes

• qualidade inicial da água/efluentes• o fim a que se destina • padrões estabelecidos na legislação.

Processos Convencionais de Tratamento

de Efluentes

Processos Convencionais de Tratamento

de Efluentes

Processos Físico-Químicos:

Coagulação/Floculação/

Sedimentação/Flotação

Processos Físico-Químicos:

Coagulação/Floculação/

Sedimentação/Flotação

Processos Biológicos:Aeróbios e Anaeróbios

Processos Biológicos:Aeróbios e Anaeróbios

LodosLodos Efluentes tratadosEfluentes tratados LodosLodos Efluentes tratadosEfluentes tratados

Qualidade para Reúso?? (COT, SD, SS, ST....)

Processos de Tratamento

de Efluentesvisando REÚSO

Processos de Tratamento

de Efluentesvisando REÚSO

Processos de Membranas

Processos de Membranas

Processos Oxidativos Avançados

Processos Oxidativos Avançados

Processos de Tratamento

de Efluentesvisando REÚSO

Processos de Tratamento

de Efluentesvisando REÚSO

Processos de Membranas

Processos de Membranas

Processos Oxidativos Avançados

Processos Oxidativos Avançados

PROCESSO FORÇA MOTRIZ RETIDO PERMEADO

Microfiltração ∆P (0,5 a 2 bar) Material em Suspensão, bactérias (M > 500000,

0,01µm)

Água e Sólidos Dissolvidos

Ultrafiltração ∆P (1 a 7 bar) Colóides, macromoléculas

(M > 2000)

Água, sais e compostos de baixa

massa molarNanofiltração ∆P (5 a 25 bar) Moléculas (300<M<2000) Água, sais e

compostos de baixa massa molar

Osmose Reversa

∆P (15 a 80 bar) Todo material solúvel ou em suspensão

Água, solvente

Diálise ∆C Substâncias com M>5000 Íons e orgânicos de baixa massa molar

Eletrodiálise ∆E Água e compostos não iônicos

Íons

PROCESSOS DE SEPARAÇÃO COM MEMBRANAS

PROCESSO FORÇA MOTRIZ RETIDO PERMEADO

Microfiltração ∆P (0,5 a 2 bar) Material em Suspensão, bactérias (M > 500000,

0,01µm)

Água e Sólidos Dissolvidos

Ultrafiltração ∆P (1 a 7 bar) Colóides, macromoléculas

(M > 2000)

Água, sais e compostos de baixa

massa molarNanofiltração ∆P (5 a 25 bar) Moléculas (300<M<2000) Água, sais e

compostos de baixa massa molar

Osmose Reversa

∆P (15 a 80 bar) Todo material solúvel ou em suspensão

Água, solvente

Diálise ∆C Substâncias com M>5000 Íons e orgânicos de baixa massa molar

Eletrodiálise ∆E Água e compostos não iônicos

Íons

PROCESSOS DE SEPARAÇÃO COM MEMBRANAS

+-

-ÂnodoCátodo

Solução concentrada

Solução diluídaÂnion

Cátion

Membrana aniônica

Membrana catiônica

Sistema de eletrodiálise

-

-+

+-

+-+

-

++

- -

++

- -

++

- -

++

- -

+

-

-+

+-

+

MEMBRANAS ÍON-SELETIVAS

• CATIÔNICA – NAFION 450 (DuPont) Grupo funcional negativo SO3-

• ANIÔNICA – SELEMION AMV (Asahi Glass) Grupo funcional positivo NH3+

CH CH2 CH2CH CH2CH CH2CH

CH2

N+R3.Cl-

CH2 CH2 CH2CH

CH2N+R3Cl-.

[(CF2 CF

CF3

CF2)m CF2]n

(OCF2 CF)p O(CF2)q SO3-H+

REGAP – MGPETROBRÁS

REÚSO

DE

ÁGUA

REFIN

ARIA

REGAP – MGPETROBRÁS

Processos de Tratamento

de Efluentesvisando REÚSO

Processos de Tratamento

de Efluentesvisando REÚSO

Processos de Membranas

Processos de Membranas

Processos Oxidativos Avançados

Processos Oxidativos Avançados

Processos Oxidativos Avançados (POAs)

• Potencial eletroquímico dos agentes oxidantes mais utilizados.

Agente Oxidante Potencial Eletroquímico (V)

Flúor 3,06Radical Hidroxila 2,80Oxigênio (atômico) 2,42Ozônio 2,08Peróxido de hidrogênio 1,78

Hipoclorito 1,49Cloro 1,36Dióxido de cloro 1,27Oxigênio (molecular) 1,23

POAs (FORMAÇÃO DO RADICAL HIDROXILA)

• Ozônio + radiação ultravioleta (O3/UV)• Ozônio e peróxido de hidrogênio, na ausência (O3/H2O2) ou presença

de radiação ultravioleta (O3/H2O2/UV), ou simplesmente utilizando-se um meio fortemente alcalino (O3/pH elevado).

• Peróxido de hidrogênio + radiação UV • Peróxido de hidrogênio e sais ferrosos (Reagente de Fenton)

• Foto-Fenton• Ultrassom (clivagem da molécula de água com formação de radicais

hidroxila) . • Fotocatálise heterogênea (TiO2/UV)• Fotoeletrooxidação (Eletrólise + Fotocatálise heterogênea)

POAs (FORMAÇÃO DO RADICAL HIDROXILA)

• Ozônio + radiação ultravioleta (O3/UV)• Ozônio e peróxido de hidrogênio, na ausência (O3/H2O2) ou presença

de radiação ultravioleta (O3/H2O2/UV), ou simplesmente utilizando-se um meio fortemente alcalino (O3/pH elevado).

• Peróxido de hidrogênio + radiação UV • Peróxido de hidrogênio e sais ferrosos (Reagente de Fenton)

• Foto-Fenton• Ultrassom (clivagem da molécula de água com formação de radicais

hidroxila) . • Fotocatálise heterogênea (TiO2/UV)• Fotoeletrooxidação (Eletrólise + Fotocatálise heterogênea)

(A)formação dos radicais hidroxilas (•OH) na superfície do eletrodo(B)oxidação dos compostos orgânicos

Bertazzoli, R.; Pelegrini, R., “Descoloração e Degradação de Poluentes Orgânicos em Soluções Aquosas através do Processo Fotoeletroquímico”, Química Nova, vol. 35, p. 477-482, 2002

Fotoeletrooxidação

Na eletrólise, a descarga das moléculas de água na superfície do ânodo forma radicais hidroxila fisicamente adsorvidos:

MOx + H2O → MOx (·OH) + H+ + e- (a)

De forma paralela, a incidência de radiação, com energia hv, sobre o óxido promove elétrons para a banda de condução, ocorrendo a formação do par elétron/lacuna:

MOx → MOx + h+ + e- (b)

A formação da lacuna positiva (h+) possibilita a descarga anódica da água:

MOx + H2O + h+ → MOx (·OH) + H+ (c)

Após a formação do radical hidroxila duas linhas são possíveis para a oxidação: direta ou gradativa

Oxidação gradativa: promoção dos óxidos a óxidos superiores (d) e oxidação de compostos orgânicos pelos óxidos superiores (e):

MOx (·OH) → MOx+1 + H+ + e- (d)

MOx+1 + R → MOx + RO (e)

Oxidação direta: radicais hidroxila oxidam diretamente compostos orgânicos

MOx (·OH) + R → MOx + m CO2 + n H2O + H+ + e- (f)

• Vantagens POAs:– Não trocam o contaminante de fase, e sim o

transformam quimicamente;– possibilidade de mineralização completa

(destruição) do contaminante.• Desvantagens POAs:

– Formação de subprodutos de reação;– podem necessitar de grande tempo de retenção;– custo elevado quando comparado, por exemplo,

aos processos biológicos.

Fotoeletrooxidação

TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS

MembranasEletrodiáliseNanofiltração

Processos Oxidativos AvançadosFotoeletrooxidaçãoEletrólise

Drenagem Ácida de MinasEfluentes de GalvanoplastiaEfluentes de CurtumeEfluentes de RefinariaEfluentes da Produção de CoqueEfluentes contaminados com FenóisEfluentes de Vinícolas Águas contaminadas com NitratosEfluentes contendo Surfactantes

TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS

MembranasEletrodiáliseNanofiltração

Processos Oxidativos AvançadosFotoeletrooxidaçãoEletrólise

Drenagem Ácida de MinasEfluentes de GalvanoplastiaEfluentes de CurtumeEfluentes de RefinariaEfluentes da Produção de CoqueEfluentes contaminados com FenóisEfluentes de Vinícolas Águas contaminadas com NitratosEfluentes contendo Surfactantes

Estudo de Caso: Tratamento de Efluentes de Curtumes

Caracterização do efluente (curtimento ao cromo)

Parâmetro Água de captação

Efluente tratado (Convencional)

Parâmetros máx. de lançamento de

efluentesDQO (mgO2.L-1) 8 150 160 - 450DBO5 (mgO2.L-1) 6 94,5 40 - 200pH 7,87 7,66 6,0 – 8,5Sólidos Totais (mg.L-1) 142 10469 50 – 200 (SST)Nitrogênio Total (mg.L-1) 7,83 - 10Nitrogênio Amoniacal

(mg.L-1)5,45 634 -

Cloretos (mg.L-1) 10,4 3990 -Fósforo (mg.L-1) 0,044 0,71 1,0Cromo total (mg.L-1) <0,01 0,47 0,5Cálcio total (mg.L-1) 9,85 207 -Magnésio total (mg.L-1) 5,40 202 -Sódio total (mg.L-1) 8,75 2850 -

Degradação da Matéria Orgânica: Fotoeletrooxidação (FEO)

Separação das espécies iônicas: Eletrodiálise - ED

TRATAMENTO PROPOSTO (POA + Membranas)TRATAMENTO PROPOSTO (POA + Membranas)

ETE FEO EDCURTUME ETE FEO EDCURTUME

TRATAMENTO PROPOSTO (Membranas)TRATAMENTO PROPOSTO (Membranas)

FEO EDFEO ED

Tratamento do efluente

ParâmetroÁgua de captação

Efluente tratado

Convencional FEO FEO + ED

DQO (mgO2.L-1) 8 150 19 19DBO5 (mgO2.L-1) 6 94,5 5 4

pH 7,87 7,66 7,58 5,48Sólidos Totais (mg.L-1) 142 10469 37 128

Nitrogênio Total (mg.L-1) 7,83 - - 4,75Nitrogênio Amoniacal

(mg.L-1)5,45 634 < 0,20 < 0,20

Cloretos (mg.L-1) 10,4 3990 3179 9,32Fósforo (mg.L-1) 0,044 0,71 0,63 0,05

Cromo total (mg.L-1) <0,01 0,47 0,57 <0,005Cálcio total (mg.L-1) 9,85 207 5,39 0,29

Magnésio total (mg.L-1) 5,40 202 152 0,08Sódio total (mg.L-1) 8,75 2850 3,54 26,5

RESULTADOS: LACOR1 HORA DE TRATAMENTO FEO/EFLUENTE CURTUME

WET BLUE – PROCESSO DE RECURTIMENTO

ETE FEO EDCURTUME ETE FEO EDCURTUME

Ensaio ProcessoPadrão

ProcessoReuso Referência

Tração (N) 198 348 mín. 150

Rasgamento (N) 43 63 mín. 36

Lastômetro (mm) 5,45 5,82 mín. 7,0

Peso Específico (g/cm3)

0,69 0,68 0,4-0,8

pH 3,9 3,8 mín. 3,5

Cinza total sulfatada (%)

2,4 2,6 máx. 3,0

Extraíveis em CH2Cl2 (%)

6,8 7,2 máx. 18%

Ensaios físico-mecânicos e químicos em Couros (IUC - IUP standards )

BERNARDES, A. M., RODRIGUES, M A S, AMADO, F D R, XAVIER, J L N, STREIT, K, FERREIRA, J Z. APPLICATION OF PHOTOELECTROCHEMICAL-ELETRODIALYSIS TREATMENT FOR THE RECOVERY AND REUSE OF WATER FROM TANNERY EFFLUENTS. Journal of Cleaner Production. , v.16, p.605 - 611, 2008.

GRACIAS!