AVALIAÇÃO DO AUMENTO NO CONSUMO DE COAGULANTE DA ETE UBERABINHA DEVIDO À REAÇÃO DE SULFETOS

Químico: Jader de Oliveira SilvaSupervisor de Operações – ETE Uberabinha

(DMAE – Uberlândia)

Uberlândia, 07 de maio de 2014

1. INTRODUÇÃO

ESGOTOS POLUENTESMatéria particulada

dissolvida

ETE UNIDADES DE TRATAMENTO

1. INTRODUÇÃO

Unidades de Tratamento de Esgoto

O tratamento de esgotos pode ser dividido em níveis de acordo com o grau de remoção de poluentes ao qual se deseja atingir.

Preliminar

Primário Secundário Terciário.

1. INTRODUÇÃO

Nível de Tratamento: Terciário

Poluentes Removidos: Nutrientes

Patogênicos

Compostos não biodegradáveis

Metais pesados

Sólidos inorgânicos dissolvidos

Sólidos em suspensão remanescentes

Matéria orgânica remanescente

1. INTRODUÇÃO

Figura 1 Configuração típica de uma estação de tratamento com reator UASB e FAD.Fonte: CHERNICHARO, C.A.L. Environmental Science and Bio/Technology (2006).

1. INTRODUÇÃO

Processo Anaeróbio:

Desnitrificação: Orgânicos + NO2-/NO3

- N2(g) + CO2(g)

Sulfetogênese: Orgânicos + SO42- H2S(g) + CO2(g)

Metanogênese: Ácidos orgânicos CH4(g) + CO2(g)

H2S HS- + H+ K = 1,1 x 10-7 (reação 1)

HS- S2- + H+ K = 1,0 x 10-14 (reação 2)

2. EFLUENTE UASB

separadortrifásico

manta de lodo

leito de lodo

alimentação

Sólidos Suspensos

Matéria orgânica

Fósforo e Nitrogênio

EUTROFIZAÇÃO

PARÂM ETROS

DE

LANÇAMENTO

Figura 2 Configuração reator UASB.

3. PÓS-TRATAMENTO

MATERIAL ORGÂNICO

P

FeCl3 ou PAC

COAGULAÇÃOReator

anaeróbicoEfluente

H2S + HS- EFLUENTE COAGULADO

Formação de FeS(s) caso sulfeto presente em determinada concentração.

Utilizando FeCl3 como coagulante

Consumo de parte do coagulante devido a reação com sulfetos.

3. PÓS-TRATAMENTO

FeS(s)Precipitado de tonalidade escura

Cor ao efluentetratado

4. REAÇÕES FeCl3 COM SULFETO:

• Fortemente influenciadas pelo pH do meio;

• Consequentemente será influenciada pela forma molecular apresentada pela espécie de sulfeto;

2 Fe(OH)3(s) + 3 H2S(aq) 2 FeS(s) + S°(s) + 6 H2O(l) (1)

2 Fe3+(aq) + HS-(aq) 2 Fe2+(aq) + S°(s) + H+(aq) (2)

H2S HS- S2-

pH ácido pH neutro pH básico

(< 6) (=7) (> 8)

5. HIDRÓLISE DO CLORETO FÉRRICO

FeCl3(aq) + 3 H2O(l) Fe(OH)3(s) + 3 H+(aq) + 3 Cl-(aq) (3)

5.1 REAÇÃO ENTRE FeCl3 E FÓSFORO

Fe+3(aq)+ PO4

-3 FePO4(s) (4)

Coagulação-floculação processo unitário essencial na remoção de partículas coloidais e sólidos suspensos. pH Temperatura Quantidade de matéria orgânica

Dosagem do coagulante

Coagulação

5.2 COAGULAÇÃO

6. METODOLOGIA

Coleta das amostras

6. METODOLOGIA

Amostra de efluente UASB [SULFETOS] < 12 mg/L.

Amostra de efluente UASB [SULFETOS] > 20 mg/L.

Com enriquecimento.

Sem enriquecimento.

6. METODOLOGIA: PARA O ENRIQUECIMENTO

1 L

1 L

1 L

1 L

Amostras de efluente UASB

Adição de certo volume da solução de Na2S

Adição de certo volume da solução de Na2S

Adição de certo volume da solução de Na2S

Adição de certo volume da solução de Na2S

Concentrações obtidas:

20 mg S2-/L

40 mg S2-/L

50 mg S2-/L

60 mg S2-/L

Dosagens de 100 mg.L-1 de FeCl3

6. METODOLOGIA: PARA O JAR TEST

Coagulantes: FeCl3 e Policloreto de Alumínio; 1 L de amostra do UASB (para cada recipiente do Jar Test) + 1 L para caracterização inicial deste efluente; Agitação à 80 RPM por 30 s / adição de 6 diferentes dosagens para cada coagulante / agitação à 70 RPM por 4 min / sedimentação por 10 min; Coleta de 70 mL de amostras para ensaios de: Cor, Turbidez e Fósforo Total; Coleta de 200 mL de amostras para ensaio de sulfetos.

6. METODOLOGIA: DOSAGENS ADOTADAS

FeCl3: 72 mg.L-1; 81mg.L-1; 90 mg.L-1; 102 mg.L-1; 108 mg.L-1

PAC: 26 mg.L-1; 31mg.L-1; 35 mg.L-1; 39 mg.L-1; 44 mg.L-1

7. RESULTADOS

Concentração S

2- (mg/L)

pH

CoagulaçãoPrecipitado

PretoAntes Depois

20 6,63 6,32 SimNão

40 6,72 6,41 LentaSim

50 6,78 6,42 NãoSim

60 7,25 6,69 NãoSim

_______________________________________________________________________

Tabela 1 – Resultados experimentais da reação do cloreto férrico com sulfetos

7.1 CARACTERIZAÇÃO DO EFLUENTE UASB PARA USO NA COAGULAÇÃO

Tabela 1Propriedades físico-químicas do efluente UASB.

Parâmetro Unidades Efluente UASB para uso FeCl3

Efluente UASB para uso PAC

pH - 6,69 6,73

Cor mg Pt-Co/L 1100 1554

Turbidez NTU 124 146

Alcalinidade mg CaCO3/L 307 305

Sulfeto mg S2-/L 13,7 18,2

7.2 ESTUDO COMPARATIVO FeCl3 x PAC NA COAGULAÇÃO

70 80 90 100 110

0

5

10

15

20

25

30 Eficiência de remoção de cor(%)

Efic

iênc

ia(%

)

FeCl3 (mg.L-1)

24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 4648

50

52

54

56

58

60

62

Eficiência de remoção de cor

Eficiê

ncia

(%)

Policloreto de alumínio ( mg.L-1)

24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 4620

25

30

35

40

45 Eficiência de remoção de fósforo total

Efic

iênc

ia(%

)

Policloreto de Alumínio (mg.L-1)

70 75 80 85 90 95 100 105 11030

35

40

45

50

55

60

65

Eficiência de remoçao fosforo total (%)

Efic

iênc

ia (%

)

FeCl3 (mg.L-1)

7.2 ESTUDO COMPARATIVO FeCl3 x PAC NA COAGULAÇÃO

70 75 80 85 90 95 100 105 110

10

15

20

25

30

35

40 Eficiência de remoção de turbidez(%)

Efic

iênc

ia(%

)

FeCl3 (mg.L-1)

7.2 ESTUDO COMPARATIVO FeCl3 x PAC NA COAGULAÇÃO

24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46

44

46

48

50

52

Eficiência de remoção de turbidez (%)

Eficiên

cia(%

)

Policloreto de Alumínio (mg.L-1)

24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 462

3

4

5

6

7

8

9

10

Eficiência de remoção de sulfeto(%)

Eficiên

cia(

%)

Policloreto de alumínio (mg.L-1)

7.2 ESTUDO COMPARATIVO FeCl3 x PAC NA COAGULAÇÃO

70 75 80 85 90 95 100 105 11024

26

28

30

32

34

36

38

40

42 Eficiência de remoção de sulfeto(%)

Efic

iênc

ia(%

)

FeCl3 (mg.L-1)

PAC Fórmula geral:

Aln(OH)mCl(3n-m)

● Para n = 2 e m = 3 Policloreto de alumínio

Fórmula: Al2(OH)3Cl3

8. O COAGULANTE PAC

PAC:

[Al2(OH)5]+ + H2O 2 Al(OH)5 + H+

Hidroxilado

Cloreto Férrico:

FeCl3 (aq) + 3 H2O (l) Fe(OH)3(s) + 3 H+(aq) + 3 Cl-(aq)

Coagulante FeCl3 PAC

VANTAGENS

Efetivo na remoção de odores e fósforo dos esgotos.

Se for utilizado no tratamento de água bruta, reduz a concentração de sulfato adicionado a água tratada, não aumentando problemas de odor e corrosão em sistemas de esgotos sanitários, devido a produção de H2S a partir do sulfato (Gebbie, P. Using polyaluminium coagulants in water treatment, 2001 .

Consome alcalinidade do esgoto, necessitando em certos casos da adição de alcalinizantes.

Baixo consumo da alcalinidade do esgoto. Forma um floco consistente.Remove a cor e sólidos suspensos presentes nos esgotos de forma eficiente

Economicamente de menor valor.

Apesar de seu maior valor em kg de coagulante que os demais sais inorgânicos tradicionais, requer uma menor dosagem no tratamento. Não agride os equipamentos utilizados no tratamento de esgotos de forma tão intensa quanto o cloreto férrico.

9. VANTAGENS E DESVANTAGENS DO USO DO POLICLORETO DE ALUMÍNIO NO PÓS-TRATAMENTO DE EFLUENTES UASB

Coagulante FeCl3 PAC

DESVANTAGENS

Reage com sulfetos dissolvidos, aumentando a cor dos esgotos tratados, devido à formação do precipitado negro FeS.

Não reage com sulfetos dissolvidos, não removendo odor.

Características corrosivas. Lodo de alumínio é mais difícil de desidratar e tem pouca perspectiva de reutilização. (Nansubuga et al 2013 African Journal of Environmental Science and Technology).

9. VANTAGENS E DESVANTAGENS DO USO DO POLICLORETO DE ALUMÍNIO NO PÓS-TRATAMENTO DE EFLUENTES UASB

Coagulante/Floculante

Redução Particulados

MetalResidual

Redução P-total

Redução H2S Redução Cor

ExtensãopH

VolumeLodo

Red. DQO

Al2(SO4)3 3 3 3 0 3 2 2 2

Sulfato de alumínio e ferro

3 3 4 0 3 3 3 3

PAC(padrão) 3 3 3 1 3 3 3 3

PAC (alta basicidade) 4 3 3 1 3 4 2 3

Polímero (não-iônico/ aniônico/ catiônico)

4 0 1 0 3 3 4 4

0 = nenhuma 1 = ruim 2= intermediária 3 = boa 4 = muito boa

10. COMPARATIVO DE ATUAÇÃO DE DIFERENTES COAGULANTES FRENTE A ALGUNS PARÂMETROS

FONTE: Inorganic Coagulants: General Overview and product chemistry (2009), Kemira.

11. SISTEMA DE FLOTAÇÃO POR AR DISSOLVIDO

Efluente do UASB

Usando PAC não ocorre formação do precipitado que dá cor ao efluente.

Usando FeCl3 reação com HS- (se o nível for alto) e formação do precipitado escuro de FeS.

Lodoflotado

Coagulante Floculante

Figura 3 Esquema do sistema de flotação.

12. CONCLUSÕES:

•Reações entre cloreto férrico e sulfetos dissolvidos ocorreram quando estes estavam presentes em concentrações acima de 40 mg S2-.L-1.

• A forma predominante de sulfeto no enriquecimento com solução de Na2S é HS- (pH observado entre 6,72 e 7,25).

•Em concentrações críticas de sulfetos detectadas no efluente, a substituição do FeCl3 é recomendada.

•O PAC - Policloreto de alumínio é um coagulante químico que substitui com grande desempenho o Cloreto Férrico.

Figura 4 Abatimento de cor e turbidez com uso de Policloreto de Alumínio – ETE Uberabinha.

13. EFLUENTE TRATADO POR FLOTAÇÃO

MUITO OBRIGADO!