Tratamento Quimico Fisico de Efluentes

UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO – UPF

FACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA - FEAR

PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA

DISCIPLINA: TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS

TRATAMENTO FÍSICO-QUÍMICO DE EFLUENTES

Prof. Marcelo HemkemeierProf. Paulo Roberto Koetz

PASSO FUNDO/RSSETEMBRO/2009

CONCEITOS BÁSICOSCONCEITOS BÁSICOS

soluções (<10Å)• Dispersões dispersões coloidais (10-1000Å)

suspensões (>1000Å)

• Distribuição dos poluentes:

sólidos dissolvidos

Sólidos totais

sólidos suspensos

fixosvoláteisfixosvoláteis


• Aplicações no tratamento de efluentes:

– Caracterização de efluentes;– Monitoramento da planta de tratamento;– Identificação da DBO nas diferentes fases;– Determinação da biomassa (sólidos voláteis – 70-

85% dos sólidos totais);


• Escolha do tipo de tratamento físico-químico:

• Relação DBO/DQO(Tendendo a 1 – proc. biológico)

• Relação SSV/SV >80%: Decantação simples, flotação, precipitação química com coagulante ou variação de pH;

• Relação SDV/SV >80%: Adsorção com carvão ativo, oxidação química, precipitação química com elevação de pH;


Hidrofílicos• Tipos de colóides

Hidrofóbicos

• Estado coloidal

SolGelEmulsão Aerosol


•Reações de Oxi-Redução: provocam variação real ou

teórica de um átomo

– Oxidante: quem provoca a oxidação e por

consequência se reduz (ganha elétrons);

– Redutor: quem provoca a redução e por

consequência se oxida (perde elétrons);

•Potencial de Oxi-Redução (POR): é a medida da capacidade de

oxidação ou redução de uma substância/efluente


• Produtos químicos utilizados:

– Precipitantes químicos

– Auxiliares de floculação

Sulfato de alumínio (+cal)Cloreto férrico (+cal)Polieletrólito catiônicoCalTanino

Polímeros (aniônico, catiônico, neutro)Silica ativada



– Correção de pH

(efluente alcalino)

– Correção de pH

(efluente ácido)

Gás carbônicoÁcido sulfúricoÁcido clorídrico

Cal hidratadaCarbonato de cálcioHidróxido de sódio



– Oxidantes

– Redutores

CloroPeróxidoOzônio

Bissulfito de sódioDióxido de enxofreMetabissulfito de sódio



– Remoção de fósforo

– Remoção de cor

Sulfato de alumínioCloreto férrico + calCal

CloroOzônioCarvão ativoCoagulantes


• Utilização recomendável dos Processos Físico-Químicos:– Poluentes inorgânicos dissolvidos ou não;– Metais pesados;– Óleos e graxas;– Cor;– Matéria orgânica não biodegradável tóxica


• Mecanismo de escolha do processo de tratamento:

RELAÇÃO DQO/DBO

DQO < 2xDBO – Proc. Biológico

DQO < 3-4xDBO – Proc. Físico-Químico


Coagulante Observações pH Alúmen -

Al2(SO4)3.18H2O É o mais empregado 5,5 – 8,0

Aluminato Sódico – Na2Al2O4

Junto c/ o alúmen p/ descolorir águas

residuais

> 8,0

Sulfato Ferroso– FeSO4.7H2O

Adiciona-se álcalishidróxidos de ferro. Os flocos não se dissolvem em solns.

muito alcalinas

1,5 – 11,0

Coag. Férricos.-Fe2(SO4)3; FeCl3

--- 4,0 – 11,0

Óxido de magnésio - MgO

Elimina a sílica solúvel 9,5

Tabela 1. Coagulantes mais usados

CONCEITOS BÁSICOSCONCEITOS BÁSICOSTabela 2. Coadjuvantes/auxiliares mais usados

Aniônicos Catiônicos Não-iônicos

Grupos carboxílicos sulfônicos fosfóricos

aminas quaternárias fosfaminas sulfaminas

poliálcoois poliésteres poliamidas


• Rotina para escolha do processo de tratamento:

Amostra do efluente bruto

Caracterização: DQO, DBO, sólidos

Jar test

Efluente tratado

Cálculo da eficiência

Análise de custos

COAGULAÇÃOCOAGULAÇÃO

• Mecanismos de coagulação:

– Compressão da camada difusa;

– Adsorção e neutralização de cargas;

– Varredura;

– Adsorção e formação de pontes;


• Compressão da camada difusa:

– Introdução de um eletrólito de carga oposta a do colóide,

aumentando a densidade de cargas na camada difusa,

ocorrendo a coagulação por compressão da camada difusa;

– Aspectos: quantidade de eletrólitos é independente da

concentração de colóides e não é possível a reversão do

processo;

– Efeito eletrostático;

– Mecanismo associado principalmente aos sais de Al e Fe.


• Adsorção e neutralização de cargas:

– Espécies químicas capazes de adsorver na superfície do

colóide, resultando em interações (ligações);

– Estes fenômenos são superiores aos eletrostáticos;

– Aspectos: dosagens menores para desestabilização;

quantidades estequiométricas; possibilidade de reversão;

– Importante quando remoção de partículas desestabilizadas

ocorre em meio filtrante.


• Varredura:

– Dependendo do pH, dosagem do coagulante poderá ocorrer

a formação de precipitados (Al(OH)3 e Fe(OH)3) ;

– Mecanismo utilizado quando a floculação é seguida de

decantação ou flotação antes da filtração;

– Aspectos: dosagens maiores, faixa de pH mais estreita; o

potencial zeta mínimo não corresponde às regiões ótimas

de coagulação.


• Adsorção e formação de pontes:

– Mecanismo baseado na adsorção dos coagulantes à

superfície das partículas coloidal, seguida pela redução da

carga ou pelo “entrelaçamento” das partículas pelos

polímeros ;

– Coagulantes são polímeros naturais ou sintéticos de cadeia

longa (polieletrólitos).

Comparação entre os mecanismos de coagulação

Diagrama de coagulação do sulfato de alumínio

Mecanismos de coagulação e floculação


• Mistura rápida entre o coagulante e o efluente provocando a hidrolisação, polimerização e reação com alcalinidade;

• Formação do gel e desestabilização das cargas (potencial zeta tendendo a zero);

• Tempo de reação = 1s;

• Mistura: misturadores hidráulicos ou mecânicos;

• Tempo de residência: 0,5 à 1,5min;

• Gradiente de velocidade: 500-1500s-1.


FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO

• Unidade de mistura lenta;• Objetiva-se transformar o coágulo em partículas

maiores, denominadas flocos;• Gradiente de velocidade: 20-80s-1;• Tempo de residência: 30min;• Uso de auxiliares de coagulação (polieletrólitos);• Floculadores hidráulicos ou mecânicos (velocidade

não superior a 0,45m.s-1.

FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO

Estação compacta – sistema de flocodecantação seguido de filtração

Estação compacta – sistema de flocodecantação seguido de filtração

ELETRÓLISEELETRÓLISE

• Histórico;

• Eletrólise: Transformações químicas que ocorrem nos eletrodos e no meio onde estão inseridos pela passagem da corrente elétrica;

• Tratamento eletrolítico: aplicação da eletrólise ao tratamento de efluentes;

• O efluente é submetido uma diferença de potencial elétrico por conjuntos de eletrodos;


• Mecanismos: • Eletrofloculação;

• Eletroflotação;

• Eletroxidação.

• Eletrodo positivo: anodo;

• Eletrodo negativo: catodo

ELETRÓLISEELETRÓLISEArranjos de eletrodos




• Aplicações do processo eletrolítico:• Remoção de metais;• Remoção de DQO/DBO (coagulável);• Remoção de substâncias recalcitrantes.

• Efluentes:• Galvanoplastia;• Hospitalares;• Chorume;• Abatedouros;• Indústria petroquímica.


• Principais vantagens:• Não geração de odores;• Menor área;• Facilidade e flexibilidade no controle do processo de

tratamento;• Menor quantidade de lodo;• Remoção significativa de macronutrientes;• Baixo custo de implantação;• Ideal para pequenas vazões.

• Principais desvantagens:• Custo de tratamento (alto consumo de energia e de

eletrodos);• Dificuldade de remover DQO/DBO solúvel.

PROCESSOS OXIDATIVOS PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS - POAAVANÇADOS - POA

• Oxidar compostos orgânicos complexos a moléculas simples, ou até mesmo mineralizá-las

• Baseado na geração de radical hidroxila (OH.), altamente oxidante e não seletiva.


Sistema Com irradiação Sem irradiação

Homogêneo

O3/H2O2/UV

O3/UV

H2O2/UV

Fe(II)/H2O2/UV

O3/H2O2

Fe(II)/H2O2

Heterogêneo semicondutor/UV

semicondutor/H2O2/UV

•Classificação


•Processos Homogêneos :

•Fotólise de peróxido de hidrogênio (H2O2/UV);

•Ozonização (O3/H2O2;O3/UV;O3/H2O2/UV);

.22 2 HOOH h

.22

22223

2HOOH

OOHOHOh

h


FENTONFe2+ + H2O2 Fe3+ + OH- + HO.

Fe3+ + H2O2 Fe2+ + HO2. + H+

HO. + RH R. + H2O

R. + H2O2 ROH + HO.

HO. + Fe2+ HO- + Fe3+


FOTO-FENTON

Fe2+ + H2O2 Fe3+ + OH- + HO.

Fe3+ + H2O + hv Fe2+ + HO. + H+

( = 580 nm)

PROCESSOS OXIDATIVOS PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOSAVANÇADOS

• Principais utilizações:

– Efluentes recalcitrantes (chorume, textil, químico);

– Remoção de substâncias específicas (fenóis, HCN, H2S);

– Biorremediação de solos.

ELETRODIÁLISEELETRODIÁLISE

• O efluente é submetido uma diferença de potencial elétrico por dois eletrodos;

• Existência de membranas seletivas;• Utilizada na dessalinização e desmineralização de

águas;• Método promissor na eliminação de nitrogênio e

fósforo;• Necessita pré-tratamento eficiente.

ELETRODIÁLISEELETRODIÁLISE

OSMOSE REVERSAOSMOSE REVERSA

• Aplicação de força superior a pressão osmótica da solução no compartimento de solução concentrada;

• Aplicação restrita no tratamento de efluentes industriais;

• Reuso;

• Necessita pré-tratamento rigoroso.



CARVÃO ATIVOCARVÃO ATIVO

• Fixação de poluentes por adsorção na superfície;

• Material adsorvente possui área superficial elevada devido a

porosidade;

• Remoção: cor, matéria orgânica dissolvida, fenóis, nutrientes

e sólidos em suspenão;

• Sistemas são utilizados após sistemas de filtração com areia;

• Tempo de residência: 15-40min;

• Vantagem: capacidade de regeneração;

• Outras substâncias adsorventes: turfa, cinzas, areia, casca de

extração de tanino.

CARVÃO ATIVOCARVÃO ATIVO

Filtro de carvão ativo

TROCA IÔNICATROCA IÔNICA

• Fixação, em uma superfície sólida (fase

estacionária), de íons, que se trocam por íons da

solução de outra espécie (fase móvel);

• Vantagem: Capacidade de regeneração;

• Utilização em processos de galvanoplastia.


Troca iônica: Esquema


Troca iônica: efluente de galvanoplastia


REMOÇÃO DE FÓSFOROREMOÇÃO DE FÓSFORO

• Precipitação química:

– Fe3+ + PO43- FePO4 (E=90%)

– 3Ca2+ + 2P43- Ca3(PO4)2 (E=50%)

– Al3+ + PO43- AlPO4 (E=95%)

E=95%

•Dosagens devem ser determinadas experimentalmente.

REMOÇÃO DE NITROGÊNIO E REMOÇÃO DE NITROGÊNIO E FÓSFOROFÓSFORO

Esquema para remoção de fósforo e nitrogênio

REFERÊNCIASREFERÊNCIAS

• Di BERNARDO, L.; DI BERNARDO, A. & CENTURIONE FILHO, P. L. Ensaios de tratabilidade de água e dos resíduos gerados em estações de tratamento de água. Editora Rima/São Carlos/SP. 237p, 2002.

• METCALF & EDDY. Wastewater engineering: treatment, disposal and reuse. Ed. McGraw Hill. 1334p, 1993.

• NUNES, J. A. Tratamento físico-químico de águas residuárias industriais. Editora triunfo/Aracajú/SE. 299p, 2001.

• Anais do XXII Congresso da Abes, 2003.

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Tratamento Quimico Fisico de Efluentes