PRINCIPAIS PROCESSOS FÍSICO-QUÍMICOS UTILIZADOS NO TRATAMENTO DE EFLUENTES

Precipitação e co-precipitação (alumínio, ferro, polieletrólitos, etc.)

Troca-Iônica (resina catiônica e aniônica)

Adsorção (alumina, carvão ativado, outros)

Separação pro membranas (osmose reversa, ultrafiltração e eletrodiálise)

Oxidação Química (ozônio, peróxido de hidrogênio, cloro)

Tratamento eletrolítico

PROCESSOS FÍSICO-QUÍMICOS PARA TRATAMENTO DE EFLUENTES

PROCESSO AGENTE CONDIÇÕES COMENTÁRIOS

Coagulação Al2(SO4)3 x 18 H2O

FeSO4 x 7 H2O

Fe(SO4) 3; FeCl 3

pH 4 a 8pH 4 a 12Polieletrólitos e cal são adicionados

Fosfatos e arsenatos são reduzidos a 0,05 mg/L

Abrandamento Ca(OH)2 e

Na2CO3

pH 11 e adição de coagulantes

Remoção de Ca e Mg a 15 mg/L de dureza. Sílica e fluoreto também removidos

Hidróxido, sulfeto e carbonato (precipitação)

Ca(OH)2 , NaOH

Na2S

Ajuste de pH Metais pesados podem ser removidos a 0,01 mg/L

Precipitação Química

Coagulação começa no instante em que são adicionados os

coagulantes à água e dura frações de segundo. Consiste em reações

física e químicas (entre coagulantes, a superfície das partículas,

algumas substâncias químicas presentes na água, principalmente as

que conferem alcalinidade e a própria água)

Floculação fenômeno através do qual as partículas já

desestabilizadas chocam-se umas com as outras para formar

coágulos maiores.

Considerar: aplicação do produto de forma uniforme, em toda a

massa; no tempo mais curto e com grande velocidade de agitação no

início e lenta no final

A coagulação/floculação, pode ser realizada com maior eficiência com

o uso de polieletrólitos.

Principais coagulantes, Floculantes e Auxiliares

Sulfato de Alumínio Fácil transporte e manejo, custo baixo, produzido em várias regiões brasileiras e utilizado em faixa de pH entre 5,0 a 8,0

Sulfato Ferroso Útil no tratamento de águas com pH elevado (8,5 a 11)

Sulfato Férrico Útil no tratamento de águas coloridas e ácidas (pH 5,0 a 11)

Cloreto Férrico Produz bons flocos em amplo intervalo de pH (5,0 a 11)

Aluminato de Sódio e Sulfato de Alumínio

Juntamente com a cal, empregado no abrandamento de águas, pH de 6,0 a 8,5

Precipitação Química

Clarificação de águas para efetuar a clarificação de uma água,

primeiro deve ocorrer a neutralização das cargas negativas da

matéria em suspensão e a aglutinação das partículas para que as

mesmas se tornem maiores e possam sedimentar rapidamente.

+++++++++++++ =

Quando se adiciona coagulantes à água (sulfato de alumínio, sulfato ferroso ou férrico), estes reagem com

a alcalinidade natural da água, ou adicionada, para formar hidróxidos de alumínio ou ferro

Precipitação Química

Reações com a alcalinidade natural:

Al2(SO4)3 x 18 H2O + 3Ca(HCO3)2 2 Al(OH3) + 3CaSO4 + 6CO2 + 18H2O

2 FeSO4 x 7 H2O + 2 Ca(HCO3)2 + ½ O2 Fe(OH)3 + 2 CaSO4 + 4 CO2 + 6 H2O

2 FeSO4 x 7 H2O + 3 Ca(HCO3)2 + Cl2 Fe(OH)3 + 2 CaSO4 + CaCl2 + 6CO2

+ 7 H2O

Fe2(SO4)3 + 3 Ca(HCO3)2 2Fe(OH)3 + 2 CaSO4 + 6CO2

Precipitação Química

Reações com a alcalinidade adicionada:

Al2(SO4)3 + 3Na2CO3 + 4 H2O 2 Al(OH)3 + 3 NaSO4 + 3CO2 + H2O

Al2(SO4)3 x 18 H2O + 3 Ca(OH)2 3 CaSO4 + 2 Al(OH)3 + 18 H2O

Fe2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 2 Fe(OH)3 + 3 CaSO4

Fe2 (SO4)3 + 3 Na2CO3 + 4 H2O 2Fe(OH)3 + 3Na2SO4 + 3 CO2 + H2O

Os hidróxidos formados possuem cargas (+), onde estes polímeros neutralizam as cargas (-) dos colóides em suspensão, encapsulando-os dentro de sua estrutura floculenta. Os flocos densos, precipitam, deixando a água praticamente livre de turbidez.

Precipitação Química

+

+++

+

+ +

++

+

+

+

=Al(OH)3

- -

-

- - -- -

-

- --

Precipitação Química - Abrandamento

Dureza é a propriedade decorrente da presença de

metais alcalinos terrosos e resulta da dissolução de

minerais do solo e de rochas e dos resíduos industriais.

Concentração total de sais de cálcio e de magnésio,

expressa em carbonato de cálcio (mg/L).

Classes: (expressa em mg CaCO³/L)

Águas moles (< 50; moderadamente moles entre 50 a

100; levemente duras de 100 a 150; moderadamente

duras de 150 a 250; duras de 250 a 350; e muito duras >

350)

Precipitação Química - Abrandamento

Abrandamento ou amolecimento, consiste na

remoção total ou parcial de Ca e Mg, geralmente na

forma de bicarbonatos, sulfatos e cloretos. Se

introduzir uma água em caldeira rica nesses

compostos ocorrerá incrustações (uso em caldeiras

de baixa pressão e processos químicos industriais).

Processos de abrandamento:

(1) a cal sodada à frio e à quente e com variação com

fosfato trissódio (mono ou di);

(2) troca catiônica

Cal Sodada e variações - Abrandamento

Aplicados em água com dureza muito alta (> 150 ppm

de CaCO3), podendo reduzir a 15 a 30 ppm aplicado à

frio e 5 a 15 ppm quando aplicado à quente.

Neste processo é injetado solução de cal (CaO) e soda

ash (Na2SO4) à água a ser abrandada.

Ca(HCO3) + Ca(OH)2 2CaCO3 + 2 H2O

Mg(HCO3)2 + 2 Ca(OH)2 Mg(OH)2 + 2 CaCO3 + 2H2O

Cal Sodada e variações - Abrandamento

MgCO3 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaCO3

MgSO4 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaSO4

CaSO4 + Na2CO3 CaCO3 + Na2SO4

A reação abaixo mostra que o CO2 presente nas

águas, consome uma certa quantidade de cal:

CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O

Cal Sodada e variações - Abrandamento

A temperatura tem um certo efeito no processo de abrandamento

de águas, sendo mais efetiva quando realizada à quente do que

à frio

O efluente do processo da cal sodada à quente é tratado com

fosfato para reduzir a dureza final da água para 1 ppm.

CaCO3 + 2Na3PO4 Ca3 (PO4)2 + 3 Na2CO3

MgCO3 + 2 NaOH Mg(OH)2 + Na2CO3

Quando se necessita de uma água com dureza praticamente zero,

deve-se tratar por troca catiônica

DESMINERALIZAÇÃO DE ÁGUADESMINERALIZAÇÃO DE ÁGUA

Água bruta

Contém sais

minerais dissolvido

s

CaCO3

CaCl2

CaSO4

Ca(HCO3)2

MgCO3

MgCl2

MgSO4

NaClNa2SO4

KClSiO2

CO2

Fe

Processos Físico-Químicos (Troca-Iônica)

Resinas são polímeros ou copolímeros de compostos orgânicos (fenóis, aldeídos, estirenos e derivados de vinil)

Os trocadores de íons atuais são constituídos de polímeros insolúveis, durante os quais o processo de obtenção se adicionam grupos ativos ácidos ou básicos, obtendo-se polímeros apropriados para troca de cátions e outros para troca de ânions.

Usada em processo de abrandamento e desmineralização (remoção total dos íons presentes na água)

Processos Físico-Químicos (Troca-Iônica)

Resinas de trocas de cátions é classificada como fortemente ácida, podendo atuar como trocadores de

cátions, H+ e Na+. Pode trabalhar com água com qualquer pH, suporte temperatura de até 95°C quando em meio alcalino e até 120°C em meio neutro.

Resinas de trocas de ânions são resinas orgânicas do tipo fenol formaldeído ou poliestireno, ao qual é conferida propriedade de troca iônica pela introdução de grupos básicos (forte caracterizadas por apresentar grupo amônio quaternário e reter íon OH; ou fraco contendo grupo

nitrogênio ativo dos tipos NH2 por exemplo).

Processos Físico-Químicos (Troca-Iônica)

Troca Catiônica 2 R Na + Ca+2 R2Ca + 2 Na+

Onde R representa uma resina polimérica (poliestireno) com um grupo

-SO3 ativo na superfície. A resina é regenerada utilizando-se uma solução de NaCl de acordo com a reação acima. O envenenamento destas resinas geralmente é devido à presença de argila, ferro, material húmico e sílica.

Ordem de Preferência:

Ra+2 > Ba +2 > Pb +2 , Sr +2 , Ca +2 > Ni +2 > Cu +2 > Co +2 > Zn +2 >

Mn +2 > UO2 +2 > Ag+ > Cs + > K + > NH4

+ > Na + > Li +

Processos Físico-Químicos (Troca-Iônica)

Troca Aniônica:

RCl + NO3- RNO3 + Cl-

Ordem de preferência:

HCrO4 - > CRO4

2- > ClO4 - > SeO4

2- > SO4 2- > NO3

- > Br - >

HPO4 2- > HAsO4

2- > SeO3 2- > CO3

2- > CN - > NO2 - > Cl - >

H2PO4 - > HCO3

- > OH - > CH3COO - > F -

Desmineralização - Deionização

Resina catiônica

R - H

Resina aniônica

R - OH

Efluente – água e oxigênio dissolvido

Afluente

Ca, Mg, Na (bicarbonatos)

Ca, Mg e Na (cloretos, sulfatos, nitratos)

Silicatos

Oxigênio dissolvido

Gás carbônico

Hidróxido de Amônio

Ácidos: carbônico, sulfúrico, clorídrico, nítrico, silícico; e oxigênio dissolvido

Processos Químicos (Oxidação Química)

A oxidação química é o processo no qual elétrons são removidos de uma substância ou elemento, aumentando o seu estado de oxidação.

Na maioria dos casos, a oxidação de compostos orgânicos, embora seja termodinamicamente favorável, é de cinética lenta. Assim, a oxidação completa é geralmente inviável sob o ponto de vista econômico.

Uma das grandes vantagens da oxidação química frente a outros tipos de tratamento é a ausência de subprodutos sólidos (lodo), bem como a produção de CO2 e H2O como produto final.

Matéria orgânica CO2 e H2O

Agente oxidante

Legislação - Cloração

A Portaria 36 do Ministério da Saúde especifica a concentração mínima de CRL em qualquer ponto da rede de

distribuição o valor de 0,2 mg/L, mas ela não estabelece o valor máximo

permitido para a CRL.

OMS estabelece 5 mg/L um valor para CRT e não perigoso à saúde e para ocorrer desinfecção efetiva o residual de cloro livre deverá ser

maior que 0,5 mg/L, após 30 min de contato e pH < 8,0

Compostos passíveis de serem oxidados

Alta reatividade Média reatividade Baixa reatividade

Fenóis aldeídosAminas aromáticasTióálcool e tioéterSulfetos, cianetos e dissulfeto de carbonoCromo (VI)

ÁlcooisAlquil aromáticos subst.Aromáticos nitro subst.Grupo alquil insaturadosCarboidratosAcetonas alifáticasÁcidos, ésteres e aminas

HidrocarbonetosCompostos alifáticos saturadoBenzeno

Oxidação Química

A utilização do ozônio na desinfecção de água potável remonta ao

início no século XX (1906), em Nice, na França. Atualmente o

ozônio tem sido utilizado para outros fins tais como:

Agente oxidante no controle de flora e odor, remoção de cor, remoção

de ferro e manganês, e no auxílio da floculação (preozonização)

Na Europa, a ozonização já é utilizada em mais de 1000 ETA. Nos

EUA, este número subiu de 5 para 20 no período de 1977 a 1984, e

no Canadá de 23 para 50.

Oxidação Química

Derivados do Cloro (gás cloro, hipoclorito de sódio ou cálcio, cloraminas orgânicas e dióxido de cloro), muito

usado para o controle de doenças hídricas.

A ação oxidante e sanificante do cloro é controlada pelo ácido hipocloroso (HClO), produto de hidrólise da

substância clorada:

Cl2 + H2O HClO + HCl (1)

gás cloro

NaClO + H2O Na + ClO + H2O (2)

Na + ClO + H + OH HClO + NaOHhipoclorito

Oxidação Química

Ca(ClO)2 + H2O Ca + 2 ClO + H2O (3)

hip. Cálcio

Ca + 2 ClO + 2 H + 2 OH 2 HClO + Ca(OH)2

= N – Cl + H2O HClO + =N – H (4)

dicloroisocianurato de sódio

O ácido hipocloroso é um ácido fraco e que em solução aquosa se dissocia para formar o íon hipoclorito:

HClO ClO + H (5)

Se a amônia ou compostos amoniacais estiverem presentes na água, quando adicionamos o cloro, são

formadas as cloraminas (ação sanificante)

Oxidação Química

NH4 + HClO NH2Cl + H2O + H monocloroamina

NH2Cl + HClO NHCl2 + H2O dicloroamina

NHCl2 + HClO NCl3 + H2O

tricloroaminas

NH3 + Cl NH2Cl + HCl monocloroaminas

NH2Cl + Cl2 NHCl2 + HCl dicloroaminas

Monocloroaminas e dicloroaminas ação bactericida

O Processo de Cloração nas ETA’s

1ª etapa consumo de cloro pela oxidação da matéria orgânica

(demanda de cloro)

2ª etapa derivado clorado reage com a amônia formando as

cloraminas (cloro residual combinado)

3ª etapa cloro residual livre (ácido hipocloroso e íon hipoclorito).

O Cloro residual total (CRT) é a soma da concentração de cloro

residual livre (CRL) e do cloro residual combinado (CRC)

Oxidação Química

Métodos de aplicação de cloro:

Cloração simples não existe a preocupação de satisfazer a demanda e o residual deve estar entre 0,1 a 0,2 mg/L (garantia da qualidade microbiológica)

Amônia cloração adição de amônia e do derivado clorado simultaneamente (uso em água com fenóis, para evitar a formação dos clorofenóis – odor e sabor)

Cloração ao “break-point” adições controladas de cloro, até que as demandas sejam satisfeitas. Continua-se adicionando cloro até que as cloraminas também sejam oxidadas (sabor e odor característico dos derivados clorados). O ponto em que o cloro libera somente HClO e ClO (finalidade de desinfecção) é denominado de ponto de quebra.

Cloração acima do ponto de quebra

Tecnologia de Separação por Membranas

Processo de separação por membranas, tais como Osmose Reversa, Utlrafiltração e

Eletrólise, usam membranas seletivas para separar o contaminante da fase líquida. Esta

separação é realizada por pressão hidrostática (OR e UF) ou potencial elétrico (ED).

Desde sua utilização nos tratamentos de dessalinização de água do mar, a separação por

membranas tem sido utilizada para os mais diversos fins, os quais redução do volume de

lodos, recuperação e purificação de águas residuárias, concentração e/ou recuperação de

um contaminante.

Algumas limitações das membranasAlgumas limitações das membranas

Acetato de Celulose 0,1 m³/m²/dia a 100 psi

Poliamidas aromáticas0,07m³/m²/dia a 400 psi

CompostasDe 1 a 1,4m³/m²/dia a 200-400 psi

Faixa de pH: 2,5 a 7,0Temperatura máxima: 29 a 50ºCOutras limitações: biodegradável

Faixa de pH: 4 a 11Temperatura máxima: 35 a 46ºCOutras limitações: sensível a cloro (oxidante)

Faixa de pH: 1 a 13Temperatura máxima: 46 a 79ºCOutras limitações: tolera cloro até 10 ppm

Tecnologia de Separação por Membranas – OSMOSE REVERSA

A Osmose Reversa, também chamada de hiperfiltração, é baseada

no princípio da osmose. Quando duas soluções de concentrações

diferentes são separadas por uma membrana semi-permeável, a

água flui de uma solução menos concentrada para a mais

concentrada. O processo ocorre até que se atinja o equilíbrio.

Se uma pressão maior do que a pressão osmótica é aplicada na

solução mais concentrada, observa-se o fenômeno da OR, ou seja, a

água flui da solução mais concentrada para a menos concentrada.

A pressão osmótica que necessita ser vencida é proporcional à

concentração do soluto e da temperatura, e independente da

membrana.

AplicaçõesAplicações

Osmose reversa Ultrafiltração Eletrodiálise

Inorgânicos: metais, ciano-complexos, outros íons

Orgânicos: PM > 120

Sólidos: até 50.000 mg/L

Orgânicos: PM > 300, orgânicos não iônicos, óleos e graxas, metalo-complexos

Sólidos: efetiva na remoção de sólidos

Utilizada na remoção de espécies iônicas. Soluções contendo 1000 de sólidos suspensos podem ser concentradas até 250.000 ppm em um único estágio

A Osmose reversa na remoção de Compostos OrgânicosA Osmose reversa na remoção de Compostos Orgânicos

Remoção de 70 a 100% Remoção de 30 a 69% Remoção de 0 a 29%

Tetracloreto de carbonoDibromo etilenoAlachlorUrânio1,1,1- tricloroetilenoClorobenzeno1,2- dicloropropanoRádio

1,2- dicloroetano0- diclorobenzeno

BenzenoEtilbenzenoCis- 1,2- dicloroetileno

AplicaçõesAplicações

Osmose reversa Ultrafiltração Eletrodiálise

Inorgânicos: metais, ciano-complexos, outros íons

Orgânicos: PM > 120

Sólidos: até 50.000 mg/L

Orgânicos: PM > 300, orgânicos não iônicos, óleos e graxas, metalo-complexos

Sólidos: efetiva na remoção de sólidos

Utilizada na remoção de espécies iônicas. Soluções contendo 1000 de sólidos suspensos podem ser concentradas até 250.000 ppm em um único estágio