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Tratamento de Efluentes Industriais
Prof. Luiz Alberto Cesar TeixeiraProf. Luiz Alberto Cesar Teixeira
DepartamentoDepartamentodedeCinciaCinciadodoMateriaisMateriaiseeMetalurgiaMetalurgia
ProgrProgr.. InterdepInterdep. de. deEngenhariaEngenhariaAmbientalAmbiental
RevisoReviso25/05/200925/05/2009
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Legislao Ambiental
Gerenciamento Hdrico
Fsico-qumica de Solues Aquosas
Tcnicas de Descontaminao de guas
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Indstria
MatMatriaria PrimaPrimainsumosinsumos
ProdutosProdutos EmissesEmisses GasosasGasosasResResduosduos SSlidoslidos
EfluentesEfluentes LLquidosquidos
EnergiaEnergiaguaguaProdutosProdutos QuQumicosmicosMateriaisMateriais
DiversosDiversos
ETAETA
ETEETE TRTR
Uso de gua e Gerao de Efluentes na Indstria
Rio
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Incorporao em Produtos (guas de Produto)
Usos de gua na Indstria:
Bebidas, AlimentosTintasProdutos Qumicos em soluo aquosaMedicamentosCosmticos
Processos Fis-Qui de Produo (guas de Processo)
Tratamento de MinriosExtrao e Refino de Petrleo
Extrao e Refino de Metais
Produo e Alvejamento de CeluloseAlvejamento e Tingimento Txtil
Produo de Produtos Qumicos
Tratamento de SuperfciesTratamento de Gases
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Emulsificador de Lubrificantes de Equipamentos / Selagem de Bombas
Aquecimento (guas de Caldeira)
Resfriamento (guas de Refrigerao)
Lavagem de ptios e Abatimento de poeira
Lavagem de frutas / hortalias
Irrigao / Hidroponia / Aquicultura
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Por qu tratar efluentes antes do seu descarte em corpos receptores
Objetivo: Conservao dos ecossistemas.
Obrigao legal em todo o mundo a eventual atitude voluntria deempresas nunca seria suficiente para assegurar o objetivo.
No Brasil e em vrios pases, a legislao ambiental regula odescarte de efluentes sobre corpos dgua limitando a cargapoluidora lanada de acordo com o tipo de uso estabelecidopara a gua do corpo receptor (classe da gua).
Alm disso, rgos internacionais de financiamento deempreendimentos como o Banco Mundial, adotam normasprprias de limitao de poluio causada por indstriasfinanciadas.
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Antes de iniciar qualquer projeto de tratamento de efluentes
Tomar conhecimento da legislao aplicvelFederalEstadual
Municipal
- Alm de eventuais condicionantes adicionais.
Avaliar possibilidade de minimizao da gerao da carga poluidora - (P + L)
Avaliar possibilidade do reuso da gua do efluente.
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Em busca da Legislao Aplicvel:
MMA
CONAMA
ANA
INEA (ex. FEEMA (no RJ))
SMMA (no municpio do Rio de Janeiro)
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Critrios de Outorga de Captao de gua e Lanamento de Efluentes- Caso do Estado do Paran
Plano Nacional de Rec. Hdricos (Lei 9433/97 art. 32) apresenta objetivos deplanejamento, regulao e controle do uso, preservao e recuperao dosRHs. E trata do aspecto de estabelecimento de outorga.
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Legislao Ambiental Aplicvel - Classes de guas e Descarte de Efluentes
Resoluo 357 / 2005
Classificao de guas e Padres para Lanamento de Efluentes
Resoluo 397 / 2008Novos padres para descarte de efluentes
Resoluo 396 / 2008Classificao de guas Subterrneas
Resoluo 393 / 2007Condies para descarte de guas de produo de petrleo
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Exemplo 1:Calcular a Carga poluidora mxima de cromo suportvel por um rio em umtrecho de Classe 2 e vazo de referncia: QM = 1000 m3/s, em que japresenta [Cr] = 0.01 mg/L.
Exemplo 2:Um rio de vazo de referncia QM = 50 m3/s, que classificado para uso de Classe2 em um determinado trecho, j apresenta contaminao por CN com [CN] =0.0009 mg/L. Uma fbrica que est solicitando licena prvia para futura operaona regio com descarte de efluente contendo CN neste mesmo rio, prev emprojeto, o descarte de Qe = 500 m3/h de efluente contendo CN com concentrao
dentro do padro de lanamento de efluentes, ou seja menor ou igual a 0.2 mg/L.Calcular se (e em que condies) essa operao poder vir a ser licenciada deacordo com a Resoluo CONAMA 357/05. Supor que a indstria capte os 500m3/h de gua a montante do lanamento.
Clculos bsicos para projetos de ETEs
Exemplo 0:Calcular a massa de sedimento transportada ao longo de 100 anos para umarepresa de um rio, decorrente do lanamento de um efluente com vazo de 1000m3/h e com 1 g/L de SST sobre o rio que alimenta essa represa.
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Exemplo 3:
Uma indstria gera um efluente lquido decorrente de um banho esgotado de
abrilhantamento qumico de lates, de volume = 48 m3, uma vez ao dia. Esse
efluente ser tratado e descartado em um crrego de Classe 2, o qual tem
vazo de referncia Q = 1000 L/s e apresenta uma concentrao natural mdia
de [Cu]=0.001 mg/L e [Zn]=0.001 mg/L a montante do ponto de descarte. Pede-
se calcular as condies necessrias (concentraes mximas dos metais
dissolvidos) para descarte do referido efluente, de modo a atender s
disposies das Resolues CONAMA 357/2005 e 397/2008.
Os padres a serem considerados para o corpo receptor (gua doce de classe2) so: [Cu]=0.009 mg/L e [Zn]=0.18 mg/L.
Clculos bsicos para projetos de ETEs
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A existncia de oxignio dissolvido nas guas (OD), uma necessidade fundamentalpara a subsistncia da vida aqutica. A maioria das espcies de peixes necessita depelo menos 3 mg O2 dissolvido por L de gua para sobreviver.
A 20 25 oC, os nveis mximos de OD na gua situam-se na faixa de 8 a 7 mg/L. O aumento de temperatura causa diminuio na solubilidade de O2 na gua, a qual
chega a zero na temperatura de ebulio.
Conceitos de OD, DQO e DBO
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De forma a evitar esses impactos Adoo dos conceitos,
mensurao e controle de DQO eDBO em efluentes e nas guasdos corpos receptores.
DQO = demanda total de O2
devido a substnciasrecalcitrantes (no-bio-degradveis) + demanda de O2devido a substncias bio-oxidveis (DBO)
O lanamento de esgotos e efluentes industriais contendo substnciasorgnicas sobre os corpos dgua leva ao consumo do pouco O2disponvel na gua por consequencia de reaes do tipo:
Mat. Org + O2 (aq) CO2 (aq) + H2O
o que pode causar mortandade de peixes e outros organismos .
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Exemplo 5: Uma indstria metalrgica fabrica peas de ao cromado de acordo com aseguinte seqencia de operaes: [1] desengraxe com soluo de NaOH; [2]lavagem com gua das peas desengraxadas; [3] decapagem cida (H2SO4) pararemoo de ferrugem superficial; [4] lavagem com gua das peas decapadas; [5]cobreamento eletroltico das peas com eletrlito alcalino de Cu(CN)2; [6]lavagem com gua das peas cobreadas; [7] cromagem eletroltica das peas
com eletrlito cido de CrO3; [8] lavagem final com gua e [9] secagem. As guas de lavagem so geradas continuamente, cada uma com vazo de 10m3/h. Uma vez a cada 60 dias, os banhos de desengraxe, decapagem,cobreamento e cromagem (cada banho tem 10 m3), tem que ser descartados paraque banhos novos sejam preparados. Sabe-se que os efluentes gerados nessaindstria sero tratados e lanados em um rio de classe 2 com vazo dereferncia QM = 360 m3/h. Pede-se: (1) identificar os contaminantes que
precisaro ser controlados na ETE; (2) Estabelecer o regime de lanamento dosefluentes (Qe); (3) Calcular as concentraes mximas dos elementoscontrolados no efluente final para que o mesmo possa ser lanado emconformidade legal. Supor que a montante do lanamento o rio no apresentacontaminao com os elementos contidos no efluente.
Clculos bsicos para projetos de ETEs
Exemplo 4:
Calcular o valor mximo da DBO de um efluente industrial gerado emvazo contnua de 100 m3/h (24 h/d), para que o mesmo possa ser lanadoem um riacho de classe 2, com vazo de referncia igual a 1000 L/s, queapresenta OD = 6 mg/L e DBO = 0. Resposta: 216 mg O2/L de efluente.
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Gerenciamento de Efluentes / Princpios de Projeto de ETEs
Verificar junto ao Orgo de Controle Ambiental: classe do corporeceptor, vazo de referncia.
Caso genrico: Indstria gerando diversos tipos de efluenteslquidos de caractersticas fsico-qumicas diversas e vazesvariveis .
Caracterizar os efluentes quanto a aspectos fsico-qumicos(pH, [substncias controladas], DBO, DQO, SST, temperatura,vazo, .(valores mdios e distribuio)
Verificar limites legais para descarte e demais dispositivos legaisaplicveis (nveis federal / estadual / municipal).
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Executar ensaios de tratabilidade em laboratrio
Verificar necessidade de tanque(s) de equalizao
Verificar possibilidade de inter-diluio / neutralizao de efluentes
Calcular limites operacionais para descarte
Fazer levantamento de mtodos analticos aplicveis (operacionaise legais)
Selecionar tecnologias de tratamento / avaliar eficincia, simplicidade
operacional, custos, disponibilidade de reagentes, assistncia tcnica,manuteno,Ateno aos tratamentos extremos: osmosereversa + secagem / incinerao /disposio final de resduos
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Monitoramento (controle de processo e qualidade de tratamento)
Executar testes planta-piloto >> parmetros para projeto da ETE
Rever custos / eficincia
Montar projeto executivo
Executar fabricao de equips / construo / montagem
Partida da ETE
Operao regular
Relatrios Mensais para os rgos Ambientais
Operaes de Equalizao e Neutralizao de Efluentes
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Operaes de Equalizao e Neutralizao de Efluentes
Clculo de Tanque de Equalizao:
07
06
05
04
03
02
01024
023
022
021
020
019
36006018 - 19
54009017 18
54009016 17
660011015 16
720012014 15840014013 14
1200020012 -13
1500025011 - 12
1200020010 - 11
5400909 - 10
3000508 - 9
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Hora dodia (h)
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Processo Ind.
MatMatriaria Prima +Prima +InsumosInsumos guagua
ProdutosProdutosEmissesEmisses GasosasGasosasResResduosduos SSlidoslidos
EfluentesEfluentes LLquidosquidos
ETAETA
ETEETE
gua Industrial: tratar para descartar ou tratar para reutilizar Caso 1
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Processo Ind.
MatMatriaria Prima +Prima +InsumosInsumos guagua
ProdutosProdutosEmissesEmisses GasosasGasosasResResduosduos SSlidoslidos
EfluentesEfluentes LLquidosquidos
ETAETA
ETEETE
gua Industrial: tratar para descartar ou tratar para reutilizar caso 2
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Exemplo 6:
Em uma ETE, necessita-se aplicar uma dosagem de 28 mg/L docoagulante Fe2(SO4)3 no efluente a tratar. Calcular qual deve ser a vazode projeto para alimentao de soluo concentrada de Fe2(SO4)3 com40% de concentrao em peso (e d = 1.5 g/mL) para tratar uma vazo
contnua de 100 m3/h de efluente.
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Fsico-Qumica de Solues Aquosas
Reviso Focada dos Conceitos:
Fsico-Qumica da gua / Estrutura molecular / Formao de ons (Arrhenius)
/ solvatao / Auto-Protonao da gua / Produto Inico / cidos e Bases
(Arrhenius, Bronsted + Lowrie, Lewis) / Escalas de Acidez / pH / Eletrlitos
/ Diagramas de Distribuio ( x pH) / Equilbrio Inico em Solues / ons
Complexos / Diagramas x log [L] / Solubilidade (sais, hidrxidos,
sulfetos) / Efeitos de on Comum e Complexantes / Diagramas Log [M] xpH / Oxi-Reduo / Equao de Nernst / Diagramas de Pourbaix (eH x pH) /
medio de pH e eH
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Clculos simples de pH e neutralizao de solues:
1) Soluo de concentrao 3.6 g/L de HCl em gua.
2) Soluo de concentrao 98 g/L de H2SO4 em gua.
3) Soluo de concentrao 400 mg/L de NaOH em gua.
4) Calcular o volume mnimo necessrio de NaOH lquido a 50% e d=1.53
g/mL a ser adicionado a 1 m3
de efluente contendo HCl com pH = 2 ed=1.0 g/mL, de modo a levar o pH do efluente tratado faixa legal paradescarte. A reao que ocorre na operao a de neutralizao do cidopela base: H+ + OH- H2O. Este tipo de clculo pode ser realizadoantes de testes de lab.
Para levar pH de 2 para 5 sero necessrios 0.01 mol de OH para cada 1 L de efluente.Ser ento necessrio calcular o volume que agregue 10-2 moles de NaOH para cada 1 L deefluente final (tratado). O volume final do efluente ser de 1000 L + V NaOH .
Cada 1 L de NaOH 50% pesa 1530 g e contm 765 g NaOH = 19 moles de NaOH.
V NaOH x 19 = (1000 + V NaOH ) x 0.01 V NaOH = 0.53 L de NaOH a 50%
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Exemplo de Diagrama Exptal. de Solubilidade de Hidrxidos de Metais vs pH
fonte: www.hoffland.net/.../img/pic_precipitation1.gif
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Diagrama de especiao e solubilidade de alumnio em gua
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solubilidade de hidrxidos metlicos em funo do pH.
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Para a Precipitao de Carbonatos deve-se levar emconta o equilbrio entre as espcies do cido carbnico
Precipitao de Carbonatos
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Precipitao de Carbonatos
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Exemplo:
Utilizando o diagrama de Solubilidade dos hidrxidos, determinar ascondies de pH para remoo dos metais de um efluente porprecipitao dos seus hidrxidos de modo a atender aos padres delanamento (art 34, Resoluo CONAMA 357 / 2005 e 397 / 2008).
Considerar que o efluente bruto tenha pH=2; e concentraes em mg/L:Fe=100; Zn=80; Cr III =90.
Padres do efluentes para descarte (mg/L)Fe = 15; Zn = 5; Cr III = 1
pHs para precipitao dos hidrxidos:
Fe: pH > 2.9Zn: pH > 8.2Cr: 6.4 < pH < 8.7
Resultado: 8.2 < pH < 8.7
C id d i t l d d t d l bilid d
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Considerando os seguintes valores dos produtos de solubilidadede compostos insolveis de chumbo, calcule a solubilidade do
chumbo a pH 9 em cada um dos compostos visando remoodesse metal de um efluente usando a tcnica de precipitao:
Pb2+ (aq) + 2 OH- (aq) Pb(OH)2 (s) Ks0 = 1 x 10-3
Pb2+ (aq) + SO42- (aq) PbSO4 (s) Ks0 = 1 x 10-8
Pb2+ (aq) + CO32- (aq) PbCO3 (s) Ks0 = 1 x 10-14
Pb2+ (aq) + S2- (aq) PbS (s) Ks0 = 1 x 10-26
Padro do Pb em efluente para descarte (Art. 34 da Resoluo CONAMA 397 / 2008) = 0.5 mg/L.Peso Atmico do Pb = 207 uma.
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Diagramas de Pourbaix
Diagramas que relacionam potencial eletroqumico de uma reao (eH)em meio aquoso com o pH do meio.
O potencial eletroqumico de uma substncia equivale fora oupotncia qumica que uma substncia tem para capturar eltrons deoutra.
Para uma reao eletroqumica qualquer:
G = - neF
como: G = Go + RT ln Q
ento: e = eo (RT/nF) ln Q
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Para uma reao qualquer de meia-clula do tipo:
a Ox + m H+(aq) + n e- = b Red + c H2O
ter-se- (equao de Nernst):
e = eo (RT/nF) ln ({Red}b / ({Ox}a [H+]m))
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Particularizando essa equao paraT = 298 K, constantes R e F em unidades SI,transformando ln em log, e considerando quepH = - log [H+], tem-se:
e = eo 0.059 (m/n) log ({Red}b/{Ox}a) 0.059(m/n) pH
onde:
a Ox + m H+(aq) + n e- = b Red + c H2O
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Valores de atividades: {Red} e {Ox}: Slidos puros: a = 1 Gases: a = Pi (atm) Espcies aquosas: a = [espcie] (molar)
Arbitrando-se as atividades das espcies emvalores constantes, tem-se:
e = eo 0.059 (m/n) log ({Red}b/{Ox}a) 0.059(m/n) pH
e = a b pH - equao de reta em diagrama e x pH
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Construo dos Diagramas:
Listar as espcies participantes em pares de equilbrio Calcular eo para cada par e a respectiva equao de Nernst
Arbitrar se necessrio valores para as atividades das espciesdissolvidas
Plotar as equaes de Nernst
+/ A
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+/ A
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Medio de eH e pH
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pH eletrodo de vidro combinado comeletrodo de ref Ag/AgCL Calibrao com solues tampo pH conhecidos Problemas tpicos de instabilidade de medidas:
Entupimento ponte salina Contaminao do eletrlito de KCL Depsitos de precipitados sobre membrana de vidro
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Medio de eH eletrodo de Pt combinado com eletrodo de ref
Calibrao com soluo Fe2+/Fe3+ de eH conhecidoProblemas de medidas semelhantes ao do pH + reao com eletrodoPt
eH = e medido + 200 mV (eletrodo ref Ag/AgCL) oueH = e medido + 240 mV (eletrodo ref Calomelano sat)
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Tcnicas de Tratamento de Efluentes Lquidos:
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Remoo de Slidos em SuspensoDecantao
Filtrao
Remoo de Contaminantes OrgnicosAdsoro ou
Oxidao BiolgicaOxidao Qumica
Matria Orgnica + Oxidante = CO2
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Remoo de Contaminantes Inorgnicos
Neutralizao cido / Base
H+
(efluente) + OH-
(base adicionada) = H2O (at pH = 5-9)
Precipitao de Metais / Hidrxidos / Sulfetos
M2+ (efluente cido) + OH- (base adicionada) = M(OH)2M2+ (efluente) + S2- (Na2S) = MSPb2+ (efluente) + CO3
2- = PbCO3aps precipitao de metais >> filtrao
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Oxidao de Cianetos
CN- (efluente) + H2O2 = CNO- + H2O
CNO- + 2H2O = NH4+ + CO3
2-
Oxidao de Nitritos, Sulfitos, SulfetosNO2
- (efluente) + H2O2 = NO3- + H2O
SO32- (efluente) + H2O2 = SO4
2- + H2O
Remoo de Fosfatos
2 PO43- (efluente) + 3 Ca2+ (CaCl2) = Ca3(PO4)2
Processo de OxidaProcesso de Oxidao Avano Avanada (POA) Fentonada (POA) Fenton
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FeFe 2+2+ + H+ H22OO22 FeFe 3+3+ + OH+ OH-- ++ HOHO ..
Alvos: FenAlvos: Fenis, Corantes, Derivados de Petris, Corantes, Derivados de Petrleo, DQO, recalcitrantesleo, DQO, recalcitrantes
FeFe 3+3+ + 3 OH+ 3 OH-- Fe(OH)Fe(OH)33 (s)(s)
FeFe 3+3+ + H+ H22OO22 FeFe 2+2+ + H+ H++ ++ HOHO22 ..
pH: 3 - 4
pH: 6 - 9
POA Oznio + PerPOA Oznio + Perxidoxido
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HH22OO22 + 2 O+ 2 O33 3 O3 O22 + 2+ 2 HOHO ..
Alvos: Amnia, Corantes, Recalcitrantes em geralAlvos: Amnia, Corantes, Recalcitrantes em geral
POA / HPOA / H2OO2 FotoFoto--Ativado com UVAtivado com UV
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POA / HPOA / H22OO22 FotoFoto-Ativado com UVAtivado com UV
HH22OO22 ++ (UV(UV = = = = = = = = 254 nm254 nm)) 22 HOHO..
Alvos: FenAlvos: Fenis, Corantes, DQO, recalcitrantes em geralis, Corantes, DQO, recalcitrantes em geral
O poder da Oxidao Avanada
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-- Abatimento de DQO e Cor de Efluente de Trat. Biolgico
Reutilizao de gua na Indstria
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g
Objetivo: Reduo de custos ou condio de outorga
Estratgia de Projeto: Inventrio dos consumos e caractersticas para cada aplicao
gua Potvel
gua para lavagem de ptios / abatimento de poeira gua para utilizao industrial
Preparao de Solues de Processos
Refrigerao / AquecimentoLubrificao / ResfriamentoLavagem de Peas
Reuso deReuso de guas e Efluentes na Indguas e Efluentes na Indstriastria
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Indstria
MatMatriaria PrimaPrimainsumosinsumos
ProdutosProdutos EmissesEmisses GasosasGasosasResResduosduos SSlidoslidosEfluentesEfluentes LLquidosquidos
EnergiaEnergiaguaguaProdutosProdutos QuQumicosmicosMateriaisMateriaisDiversosDiversos
ETAETA
ETEETE TRTR
Objetivos do Reuso:Objetivos do Reuso:
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Custo daCusto da gua na Indgua na Indstria sem Reusostria sem Reuso
CA = gua Nova + TA + TE + Descarte
AN+TA+DE = at 20 R$/m3 (SABESP acima de 50 m3/ms)
AN+DE = 0.008 a 0.28 R$/m3 (ANA Paraba do Sul)
Objetivos do Reuso:Objetivos do Reuso:
Condio para Licenciamento
Minimizao do Custo de gua (CA)
Reduo de Custos de Trat. de Efluentes (TE)
Conservao de Recursos Naturais
Custo daCusto da gua na Indgua na Indstria com Reuso:stria com Reuso:
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gg
CA = gua Nova + TA + TR + TE + Descarte
Condicionantes Econmicos:Condicionantes Econmicos:
TR (custo do trat. reuso) tem que estar associado reduo de
AN+TA+TE+Descartede modo que CA com reuso seja menor do que CA sem reuso.
Custos de Resduos de TA, TE e TR tambm tem que ser
considerados.
Mas TR pode ser maior em casos de condio para licenciamento.
Custo deCusto de guagua
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Custo deCusto de guagua
sem Reuso vs com Reusosem Reuso vs com Reuso
ANAN
TATA
ANAN
TETE
DEDE
TATA
TRTR
TETEDEDE CACA($)($)
NecessidadeNecessidade dodo processoprocesso
NecessidadeNecessidade dodo processoprocesso
ObrigaObrigaoo LegalLegal
AspectosAspectos aa considerarconsiderar emem PlanosPlanos dede
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UsoUso ee ReusoReuso dede guasguas
ReduReduoo // RacionalizaRacionalizaoo dodo usouso dede guagua na produna produoo ProduProduo +o + LimpaLimpa
ReduReduoo dada contaminacontaminaoo dada guagua na produna produooUtilizaUtilizaoo dede TecnologiasTecnologias LimpasLimpasUtilizaUtilizaoo de Reagentesde Reagentes QuQumicosmicos LimposLimposReduReduoo dede ResResduosduos InaproveitInaproveitveisveis
TodosTodos essesesses fatoresfatores objetivamobjetivam aa ReduReduoo dede CustosCustosee ConservaConservaoo dede RecursosRecursos NaturaisNaturais
ProcessosProcessos dede TratamentoTratamento dede guasguas ee EfluentesEfluentes
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RemoRemooo dede SSlidoslidos e Cole Colidesides
TratamentosTratamentos BiocidasBiocidas
RemoRemooo de Contaminantesde Contaminantes DissolvidosDissolvidos
TratamentosTratamentos BiolBiolgicosgicosMembranasMembranas (OR / ultra e nano(OR / ultra e nano--filtrafiltrao)o)FlotaFlotaoo porpor ArAr DissolvidoDissolvidoAdsorAdsorooResinasResinasPrecipitaPrecipitaoo // CoagulaCoagulaoo // FloculaFloculaoo
TratamentosTratamentos EletroquEletroqumicosmicosOxidaOxidaoo QuQumicamica
ProcessosProcessos dede TratamentoTratamento dede guasguas ee EfluentesEfluentes
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Pedro Henrique de Sousa
FCPI 2004
Osmose ReversaNanoe Ultrafiltrao
1.1. ConsideraConsideraes Geraises Gerais
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So processos utilizados para a remoo de partculas de umsolvente (filtram).
Utilizam-se da tecnologia de membranas semi-permeveis,
que funcionam como um filtro, deixando a gua passar por seusporos, impedindo a passagem de slidos dissolvidos.
Quanto menor o poro, maior ter que ser a presso exercida,logo maior o custo.
Cada processo estar associado a um tamanho de poro, que,por sua vez, filtrar partculas de um determinado tamanho
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(espectro de filtrao).
4.4. Osmose ReversaOsmose Reversa
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Utiliza uma membrana para separar preferencialmente
fluidos ou ons diferentes. Inverso do fluxo osmtico natural mediante a aplicao deuma presso da grandeza de 200-800psi.
Necessita de considervel quantidade de energia. Tambm chamada de hiperfiltrao, o processo maiseficiente de filtrao conhecido.
Separa toda partcula de peso molecular maior que 150daltons (bactrias, sais, aucares, vrus, protenas... ).
Pode ser usada para purificar fluidos como etanol e glicol(46 daltons).
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Produz gua potvel com as mais rgidas especificaes. Dessalinizao da gua do mar ou salobras de alta salinidade.
usada na purificao degua para dilise. Fabricao de medicamentos.
Como funciona?Como funciona?
Duas solues, de concentraes diferentes, separadas por uma
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membrana semi-permevel:
I. Ocorre aOsmose.
II. Atinge-se o equilbrio osmtico.
III. Aplica-se uma presso afimde vencer a presso osmtica.
3.3. NanofiltraNanofiltraoo
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Utiliza uma membrana para separar preferencialmente fluidos
ou ons diferentes. capaz de concentrar constituintes que tenham um pesomolecular maior do que 1,000 daltons (aucares, virus, saisbivalentes, bacteria, proteinas, corantes...).
Necessita de uma presso em torno de 50-225 psi, requerendomenos energia do que a osmose reversa para realizar aseparao.
Comumente usada quando a alta rejeio para sais da osmosereversa no necessria.
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permevel entre 15-90% para sais e efluentes orgnicos depeso molecular entre 300-1000daltons.
Mais econmica para a remoo de cidos pertencentes famlia de cidos hmicos e flvicos da gua potvel.(responsaveis pela cor).
Abrandamento da dureza total da gua (remoo de CaCO3). Recuperao de acares de efluentes.
4.4. UltrafiltraUltrafiltraoo
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Utiliza uma membrana para separao slido/lquido e
eliminao de partculas Filtra constituintes que tenham um peso molecular maior doque 10,000 daltons (bactria, algumas protenas, algunscorantes...).
Necessita de uma presso em torno de 10-100 psi, requerendomenos energia do que a nanofiltrao para realizar a separao.
Comumente usada para separar uma soluo que se queira
reaproveitar um dos componentes da mistura. muito usado como pr-tratamento para a osmose reversa.
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No muito eficiente para separar efluentes orgnicos.
Recuperao de leos.
Recuperao de protenas em derivados lcteos. Recuperao de tintas de pintura por eletroforese.
5.5. ConsideraConsideraes Finaises Finais
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A filtrao utilizada nas membranas tangencial. Existe uma velocidade que
empurra a soluo contra a membrana eoutra de circulao que tenta evitardepsitos que podem entupir amembrana.
Para limpar a membrana utilizadoum fluxo contrario do permeado.
A separao por membrana uma tecnologia que temaplicaes industriais infindveis possibilitando a remoo total
d t i t d id iti d i l
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de contaminantes das guas servidas, permitindo sua reciclagem,reduzindo o consumo e evitando portanto a poluio ao meioambiente.
AplicaAplicao em alguns segmentos industriais:o em alguns segmentos industriais:
MetalMetalrgicargica
Pintura de eletrodeposio.
Recuperao de sais metlicos deenxaguadura de peas.
Tratamento de efluentes com leosde corte.
Concentrao de sais para reuso oudescarte reuso de gua purificada.
LaticLaticniosnios
Ultrafiltrao de leite integral e
desnatado para aumentarrendimento na produo de queijo.
Concentrao, recuperao edessalinizao da lactose.
Fracionamento de soro paraconcentrado proticos.
gua purificada parahigienizao.
QuQumicamica
gua para caldeiras Ali tAli t i d b bidi d b bid
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gua para caldeiras. Pr-tratamento para troca inica.
Fracionamento de produtos.
Dessanilizao de corantes,
tintas e produtos de qumica fina. Retirada de gua de solues atemperatura ambiente e baixoconsumo energtico.
AlimentAlimentcia e de bebidacia e de bebida gua de baixo teor de sdiopara produo de refrigerantes.
gua para produo de cerveja.
Recuperao de aucares eoutros produtos e fluentes.
Concentrao de sucos: laranja,tomate, maa, abacaxi, etc.
Purificao e concentrao degelatina.
Fracionamento e concentraode albumina de ovos, protenasanimais, peixes e vegetais.
Remoo de volteis paraaprimorar o gosto do caf.
Concentrao de agentesespessantes (Agar, pectina, etc).
Farmacutica e CosmFarmacutica e Cosmticosticos Fracionamento e concentraode sangue, plasma, albumina eglobulina.
gua ultrapura para injetveis,
dialise e de uso farmacutico geral. Separao e concentrao demicrosolutos tais como:antibiticos, vacinas, vitaminas ecidos orgnicos.
Papel e CelulosePapel e Celulose
Purificao de gua dealimentao
TxtilTxtil
gua para processo
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Purificao de gua dealimentao.
Recuperao do xido de titnio.
Fracionamento, concentrao erecuperao de lignosulfonatos do
liquor usado.
gua para processo. Recuperao de lcali.
gua para banhos de corantes.
Combinando Micro, Ultra, Nanofiltrao e Osmose Reversa,
praticamente qualquer gua pode ser tratada para um descarte segurono meio ambiente
Combinao de Ultrafiltragem e
Osmose Reversa para o aproveitamentototal do efluente.
Amostra da gua de alimentao do UF, oConcentrado do UF e o permeado do RO.
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PROCESSOS OXIDATIVOS
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"#$%!&'!(!)!'
A maior parte dos processos industriais de grande porteutiliza grandes volumes de gua como insumo de produo.
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A preocupao da sociedade em conservar esse preciosorecurso vem se traduzindo em dispositivos legais que tantoobrigam a indstria a descontaminar suas guas residurias(efluentes) antes do seu descarte, como tambm estabelecem apartir de 2003, modos de cobrana pela captao e descarte deguas.
Os dispositivos legais que limitam o contedo de poluentes nosefluentes descartados so estabelecidos pelo Conselho Nacional doMeio Ambiente (CONAMA Resoluo 357/2005) .
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Os objetivos visados so essencialmente de reduo de custos de
produo, e os benefcios para a sociedade so a conservao derecursos naturais.
A poltica de proteo da qualidade de guas territoriais, suaoutorga para uso industrial e sua correspondente cobrana vem
sendo estabelecidas pela recm criada Agncia Nacional de guas(ANA) a partir de 2003.
Nesse contexto, a indstria vem manifestando interesse crescenteem adotar novos processos de tratamento de suas guas
residurias que permitam a sua reutilizao dentro do prprioprocesso produtivo.
*!(!&!+&!$"!+&!(
Tratamento PrimTratamento Primriorio
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GradeamentoDecantaoFlotaoSeparao de leo
EqualizaoNeutralizao
Tratamento SecundTratamento SecundriorioTratamentos biolgicos (aerbio, anaerbio)
Tratamento TerciTratamento TerciriorioFiltraoMembranas (microfiltrao, ultrafiltrao, osmose inversa, eletrodilise)Adsoro em carvo ativadoTroca inica
Processos de remoo de nutrientesProcessos Oxidativos convencionais (Cloro, oznio, H2O2, ...)Processos Oxidativos Avanados
Alternativas de aplicaes de Oxidao Qumica
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Oxidao(cianeto,metais eOutros)
PrecipitaoQumica
EqualizaoTratamento
Biolgico
Ps TratamentoPor Oxidao
Qumica
Alternativas de aplicaes de Oxidao Qumica
& 62
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&62
Objetivos no Tratamento de Efluentes
1. Oxidar poluentes a produtos finais no poluentes;
2. Converter poluentes em substncias intermedirias maisbiodegrveis;
3. Converter poluentes em substncias removveis por algumaoperao ou processo unitrio (ex. precipitao qumica,adsoro em carvo ativado,....)
& 62
TratamentoTratamento OxidativoOxidativo dede guas e Efluentesguas e Efluentes
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&62
Alguns exemplos de Oxidao Qumica
1. Oxidao de poluentes a produtos no poluentes:
Desinfeco de guas para destruio e inibio do
crescimento de microorganismos e algas; Destoxificao de efluentes contendo cianetos; Remoo de cor e odor de guas residurias; Reduo de DQO de guas residurias; Remoo de H2S (controle de odor e corroso);
Desnitrificao atravs da clorao ao breakpoint.
TratamentoTratamento OxidativoOxidativo dede guas e Efluentesguas e Efluentes
& 62
TratamentoTratamento OxidativoOxidativo dede guas e Efluentesguas e Efluentes
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&62
Alguns exemplos de Oxidao Qumica
2. Converso de poluentes recalcitrantes em biodegradveis
Pr-oxidao com oznio ou H2O2 de compostos
orgnicos recalcitrantes, seguida ou precedida detratamento biolgico.
3. Converso de poluentes em produtos finais no poluentes
TratamentoTratamento OxidativoOxidativo dede guas e Efluentesguas e Efluentes
& 62
TratamentoTratamento OxidativoOxidativo dede guas e Efluentesguas e Efluentes
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&62
Alguns exemplos de Oxidao Qumica
4. Converso de poluentes em substncias removveis poralgum outra tcnica
Oxidao de ferro(II) a ferro(III) e de arsnio(III) aarsnio(V), permitindo a sua precipitao;
Oxidao parcial de compostos orgnicos seguida deadsoro;
TratamentoTratamento OxidativoOxidativo dede guas e Efluentesguas e Efluentes
O Caminho para a Produo + Limpa
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OxidantesContaminantes
Cloro/ Hipoclorito
cido Crmico
/ Di-cromato cido Ntrico
Permanganato
Oxidantes Limpos
Oxignio
Oznio
Perxido de Hidrognio Processos de Oxidao
Avanada (Radicais HO.)
Alguns Oxidantes
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3.032.802.071.841.771.671.501.49
1.36
Fluorito (F2)Radical hidroxila (HO)Ozonio (O3)cido de Caro (H2SO5)Perxido de Hidrognio (H2O2)Permanganato de potssio (KMnO4)Dixido de cloro (ClO2)cido hipocloroso (HClO)
Cloro (Cl2)
Potencial padro doxidao (V)
Oxidante
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Principais Compostos e Produtos Comerciais a Base de Cloro
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Produto ou Composto Cloro Disponvel (%)
Cloro (Cl2)
Hipoclorito de clcio comercialHipoclorito de sdio (comercial)
gua sanitria
100
70 7410 20
2 - 4
usados na Oxidao Qumica e Desinfeco
Cloro em gua Pura
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Hidrlise:
Quando dissolvido em gua pura, o cloro (Cl2) rapidamentehidrolisado formando-se uma mistura de cido hipocloroso (HClO) ecido clordrico (HCl).
* "*&(& "" "'
H2O2H2O2
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OO
Alvos: Cianetos, Sulfetos, Sulfitos, Nitritos, DQO, Metais PesadAlvos: Cianetos, Sulfetos, Sulfitos, Nitritos, DQO, Metais Pesadosos
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Perxido de Hidrognio
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OznioOznio
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Alvos: Cianetos, Sulfetos, Sulfitos, Nitritos, DQO, Metais PesadAlvos: Cianetos, Sulfetos, Sulfitos, Nitritos, DQO, Metais Pesadosos
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Oznio
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Oznio como agente oxidante:
O oznio (O3) um poderoso agente oxidante, sendo o seu potencialpadro de oxidao mais elevado do que os dos demais oxidantescomumente usados, incluindo o perxido de hidrognio e o cloro.
Meio cido:O3 (g) + 2 H+ + 2e- O2 (g) + H2O Eo = 2,07 V
Meio alcalino:O3 (g) + H2O + 2e- O2 (g) + 2 OH- Eo = 1,25 V
OznioAlgumas propriedades do oznio:
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Algumas propriedades do oznio:
O oznio um gs nas condies normais de temperatura e presso.
Seu ponto de ebulio de 112oC a presso atmosfrica. um gstxico cuja concentrao no ar no deve ultrapassar 0,1 ppm emvolume. Solubilidade em gua: cerca de 30 vezes maior que a do oxigniopara temperaturas entre o e 30 C. Devido a sua instabilidade em soluo, o oznio gerado in situ, porum equipamento denominado gerador de oznio. Estabilidade: - Em soluo aquosa o oznio relativamente instvel,
com meia-vida de 165 min a 20C.
- No ar o oznio mais estvel, com meia-vida de cercade 12 h em condies normais de presso etemperatura.
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cido de Carocido de Caro -- HH22SOSO55
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HH
22SOSO
44 + H+ H
22OO
22 ==
HH
22SOSO
55 ++
HH22OO
eeoo
= + 1.84 V= + 1.84 V
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Processo Oxidativo Avanado (POA)
Fenton /
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O3/UV
H2O2/O3
Feixe deeltrons
Rays
FotocatliseHeterognea
Foto-Fenton
H2O2/UV/O3
HO
Plasma NoTermico
Processo Fenton
Oxidative- catalytic mixture (H2O2 + Fe2+/Fe3+)
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Fe 2+ + H2O2 Fe 3+ + OH- + HO
Fe 3+ + 3 OH- Fe(OH)3 (s)
C6H
5OH + 14 H
2O
2 6 CO
2+ 17 H
2O
Fe2+
Alvos: FenAlvos: Fenis, Corantes, Derivados de Petris, Corantes, Derivados de Petrleo, DQO, recalcitrantesleo, DQO, recalcitrantes
Processo Foto-Fenton
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Foto- Fenton Fe+2/Fe+3 + H2O2 + UV
Regenerao do Fe2+
Fe+3(OH)2+ + h Fe2+ + OH
OH + Fenol Substncias oxidadas
(pH = 3 5) e Fe/H2O2 = 1 / 5-10
Remoo por POA Foto-Fenton
A mineralizao completa das substncias orgnicas pode serconseguida com a combinao das reaes Fe(II)/Fe(III)/ H2O2com radiao UV/Visvel.
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O melhor desempenho explicado por:
pela regenerao do Fe(II) pela fotlise dos hidrxidos deFe(III)
Fe+3(OH)2+ + h Fe2+ + OH pelas reaes fotoqumicas dos complexos formados com o
Fe(III) e intermedirios da degradao ou substratosorgnicos, especialmente cidos orgnicos, gerando onsferrosos acompanhados da mineralizao dos poluentes:
Fe+3(RCO2)+2 + h Fe2+ + CO2 + R
Exemplo, os complexos estveis formados com carboxilatos oupolicarboxilatos (complexos so ativo fotoquimicamente)
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Lmpada UV instalada axialmente na cmara de tratamento
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H2O2 Fotoativado com UV
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H2O2 + (UV) 2 HO
Wavelength = 254 nm
Alvos: FenAlvos: Fenis, Corantes, DQO, recalcitrantes em geralis, Corantes, DQO, recalcitrantes em geral
Oznio - O3
Oznio pode ser catalisado por:
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p p
Radiao UV
Perxido de Hidrognio
Ultrasom
pH Faixa alcalina
O3 O2 + O
O + H2O HO + HO
Wavelength = 254 nm
Hv < 310 nm
O3 + H2O2 (Peroxone Process)
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H2O2 + 2 O3 3 O2 + 2 HO
Alvos: Amnia, Corantes, Recalcitrantes em geralAlvos: Amnia, Corantes, Recalcitrantes em geral
H2O2 H+ + HO-2
O3 + HO-2 O-3 + HO2
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O3
- + H+ HO3
HO2 H+ + O-
2
HO3 HO + O2 O-2 + O3 O2 + O-3
O-3
+ H+ HO3
HO3 HO + O2
H2O2 + 2O3 2 HO + 3O2
O3 + H2O2 + UV
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Sistema de UV
Fotocatlise Heterognea
Semicondutor + h e-CB + h+VB
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TiO2, ZnO, CdS, WO3, ZnS, Fe2O3
h+ + H2Oads HO + H+
h+ + OH-ads HO
TiO2 (e- CB + h+VB) TiO2 +
e- + O2 O2-
O2- + H+ HO2
CaracterCaractersticassticas dosdos OxidantesOxidantes LimposLimpos
Oxidante eo (V) S gua (mg/L) Preo Investimentocapacidade capacidade Oxidante em gerador
Oxidante eo (V) S gua (mg/L) Preo Investimentocapacidade capacidade Oxidante em geradoroxidativa cintica(*) US$/t do oxidante
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capacidade capacidade Oxidante em geradoroxidativa cintica (*) US$/t do oxidante
O2 (ar compr) 1.23 10 1 sim
O2 1.23 10 100 0
H2O2 1.76 1000000+ 1000 0
OH. 2.80 10000 + 1100-3500 sim
O3 2.07 15 2500 sim
(*) Capacidade Cintica >>>> -d[Poluente]/dt = k [Poluente] [Oxidante]
oxidativa cintica( ) US$/t do oxidante
Processos Oxidativos Avanados (POAs)
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Custos Depende do processo
Fenton gera lodo Alguns requerem investimentosno gerador ou nas lmpadas de UV
Elevado Potencial de Oxidao
Destri uma grande gama decompostos orgnicos
Substncias recalcitrantes
Mineralizao dos poluentes Converso de poluentesrefratrios em substnciasbiodegradveis
Possibilidade de reso
DesvantagensVantagens
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Aplicaes Especficas
Oxidao convencional
OxidaOxidao de Cianetos em Efluenteso de Cianetos em Efluentes
OxidaOxidaoo
CNCN-- + H+ H22OO22 CNOCNO-- + H+ H22OO
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HidrHidrlise do Cianatolise do CianatoCNOCNO-- + 2 H+ 2 H22OO NHNH44++ + CO+ CO3322--
PrecipitaPrecipitao de ferroo de ferro--cianetoscianetos2M2M2+2+ + Fe(CN)+ Fe(CN)6644-- MM22Fe(CN)Fe(CN)66 (s)(s)
M(CN)M(CN)4422--
+ 4 H+ 4 H22OO22 + 2 OH+ 2 OH--
M(OH)M(OH)22 (s) + 4 CNO(s) + 4 CNO--
+ 4 H+ 4 H22OO
O idOxidao
RemoRemoo de Fe deo de Fe de guas e Efluentesguas e Efluentes
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OxidaOxidao:o:
2 Fe2 Fe 2+2+ (aq) + H(aq) + H22OO22 + 2 H+ 2 H++ (aq)(aq) 2 Fe2 Fe3+3+ (aq) + 2 H(aq) + 2 H22OO
PrecipitaPrecipitao:o:FeFe 3+3+ (aq) + 3 OH(aq) + 3 OH (aq)(aq) Fe(OH)Fe(OH)33 (s)(s)
RemoRemoo de Fe deo de Fe de guas e Efluentesguas e Efluentes
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OxidaOxidao de Compostos de Enxofreo de Compostos de Enxofre
Efluentes Flotaoguas e Efluentes
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guas e Efluentesde RefinoPetrleo
Esgoto Sanitrio
Estratgias de Oxidao
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Em meio cido a neutro
HH22SS + H+ H22OO22 = S + 2 H= S + 2 H22OO
ReaReaeses
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HSHS-- + H+ H22OO22 + H+ H++ = S + 2 H= S + 2 H22OO
Em meio alcalino
SS22-- + 4 H+ 4 H22OO22 = SO= SO4422-- + 4 H+ 4 H22OO
PrecipitaPrecipitao do Hidro do Hidrxido (pH > 10)xido (pH > 10)RemoRemo
o de Manganso de Mangans
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MnMn 2+2+ + 2 OH+ 2 OH-- Mn(OH)Mn(OH)22 (s)(s)
PrecipitaPrecipitao Oxidante (pH: 8 a 9)o Oxidante (pH: 8 a 9)
MnMn 2+2+ + H+ H22OO22 MnOMnO22 (s) + 2 H(s) + 2 H++
PrecipitaPrecipitao de Mangans ([Mn] < 1 mg/L)o de Mangans ([Mn] < 1 mg/L)
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Aplicaes Especficas
Processos Oxidativos Avanados
Aplicaes de POA: Remoo de orgnicos recalcitrantes
T i l til Metil etil cetona
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Tricloroetileno
Tetracloroetileno2-ButanolClorofrmioMetil isobutil cetona (MIK)Metil terbutil ter (MTBE)Benzeno tolueno xileno (BTX)4-Metil-2-pentanol
Fenis
Metil etil cetona
Tetracloreto de carbonoTetracloroetilenoToluenoDicloroetano
DicloroetenoTricloroetanoTricloroetenoDioxinas
OxidaOxidao de Feno de Fenisis
Substncia Recalcitrante
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Phenols and its derivativesComposites with one hydroxil on the aromatical ring
OH OH
CH3
OH OH
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,! 111
3
CH3 CH3
OH
OH
OH
OH
OH
OH
! !Q !!
Cl
OH
OxidaOxidao de Feno de Fenis com Sistema Fentonis com Sistema Fenton
FenolFenol, CatecolCatecol hidroquinol e resorcinol ou formas oxidadas destes, hidroquinol e resorcinol ou formas oxidadas destes
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CC66HH
55OH + 14 HOH + 14 H
22OO
226 CO6 CO
22+ 17 H+ 17 H
22OO
Fenol,Fenol, CatecolCatecol, hidroquinol e resorcinol ou formas oxidadas destes, hidroquinol e resorcinol ou formas oxidadas destes
compostos.compostos.
FeFe2+2+
Fenton
[C H OH] 6 0 ppm
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0
1
2
3
4
5
6
7
0 10 20 30 40
Time (min)
Phenols(mg/L)
H 2O2 200 % sto ic. excess- Fe/ H2 O2=1/ 5
H 2O2 200 % sto ic. excess- F e/ H 2O2 = 1/ 10
[C6H5OH] = 6.0 ppm
[S=] = 30 ppm[H2O2] = [C6H5OH] + [S=]pH = 4[Cl-] = 44000 ppm
'6 ,*
,.#LR/ R/L,.# 3LR/ #LR/
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/
#L,.#
A//*
'S4*
%*$%&/">
*$2&&/">
)*$2/">
,.#$
2&/">
-- Abatimento de DQO e Cor de Efluente apAbatimento de DQO e Cor de Efluente apssTrat. BiolTrat. Biolgicogico
Exemplo do poder da OxidaExemplo do poder da Oxidao Avano Avanadaada
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Constante(M-1.seg-1)
O HO
Composto orgnico
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2 7,8x109
14 7,8x109
0,75 4,0x109
17 4,0x109
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55
4131ND
792
770127ND
1410
1310657ND
1010
918350ND
304
30034214
5,2
5,23,53,1
0
5757113
THF
(mg/L)
MIBK
(mg/L)
4M 2P
(mg/L)
2 But
(mg/L)
MEK
(mg/L)
pHH2O2(mg/L)
Tempo de reao = 1hpH ajustado com H2SO4
MEK Metil Etil CetonaMIBK Metil Isobutil CetonaTHF Tetrahidrofurano
Efeito do H2O2 + Fe2+ na remoo de orgnicos
ReduoDQO(*)Depois
Oxida
ReduoDQO(*)Antes
Oxida
CL50(%)Depois
Oxidao
CL50(%)Antes
Oxidao
ReduoCOT(%)
ReduoDQO(%)
ConcInicial(mg/L)
Composto(mg/L)
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(*) Tempo de reao = 2 dias degradao biolgica
Condies = dosagem de H2O2 estequiomtrico, pH 3,5, 50 mg/L Fe2+
NT = No txico
31405151
47373939
590
160
651800
76,2NTNTNT
NTNTNTNT
6,035,72,51,3
0,45,11,80,3
38435638
40484122
72777573
72757576
616466541541
541625625625
NitrobenzenoAnilina
0-Cresolm-CresolP-Cresol
O-ClorofenolnClorofenolP-clorofenol
oo
Aplicaes POA
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Aplicaes POA
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Comparao entre os POAs
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Comparao entre os POAs
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Comparao entre os POAs
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ETE: Tratamento Biolgico
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ETEs: Tratamento Biolgico
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ETEs: Tratamento Biolgico
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Filtro Biolgico Rotor
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Remoo de Slidos em Suspenso -Espessadores
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Remoo de Slidos em Suspenso -Espessadores
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Remoo de Slidos em Suspenso Filtro Prensa
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Remoo de Slidos em Suspenso Filtro Prensa
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RemoRemooo dede SSlidoslidos emem SuspensoSuspenso
FiltroFiltro RotativoRotativo aa VVcuocuo
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RemoRemooo dede SSlidoslidos emem SuspensoSuspenso
FiltroFiltro dede AreiaAreia ouou CarvoCarvo
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