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Tratamento de águas e efluentes industriais Bruna W. Freiberger Dison Franco Marcelo de Alcino Mateus Guimarães Yara P. Dias
Processos industriais Inorgânicos – 2010/01 Engenharia Química
CAPTAÇÃO A água pode carregar diversas substâncias tóxicas, além de organismos como vírus e bactérias. Tudo em razão da poluição de rios, córregos, lagos e até mesmo do lençol freático.
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ÁGUAS INDUSTRIAIS • • • •
Água de Caldeira Água de Refrigeração Água de Incêndio ( água bruta) Água Potável
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NIVEIS DE TRATAMENTO PRELIMINAR Remoção de sólidos grosseiros, superiores a 1mm. PRIMÁRIO Clarificação físico-química. flotação, coagulação e precipitação química.
Sedimentação,
SECUNDÁRIO Remoção de matéria orgânica biodegradável. Remoção de N e P.
TERCIÁRIA Melhoria da qualidade dos efluentes. Remoção de cor, turbidez, desinfecção e controle de pH.
ETE e ETA básico ETE Estação de Tratamento de Efluentes ETA Estação de Tratamento de Água
Está dividido nas seguintes etapas físicas: Gradeamento Desarenação Separação de Gordura Decantação TRATAMENTO DE ÁGUAS E EFLUENTES - PII 2010/01
GRADEAMENTO Esta etapa tem principal objetivo de separar objetos de grande e médio porte, através de grades na qual fluxo de água a ser tratada passa.
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DESARENAÇÃO Através da sedimentação os grãos de areia se depositam em uma grande caixa, enquanto a água com material orgânico segue o fluxo.
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SEPARAÇÃO DE GORDURA O processo de separação é um processo físico que ocorre por diferença de densidade, sendo normalmente as frações oleosas mais leves recolhidas na superfície. No caso de óleos ou borras oleosas mais densas que a água, esses são sedimentados e removidos por limpeza de fundo do tanque.
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Separador de gordura
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DECANTAÇÃO A etapa de decantação consiste na remoção de partículas em suspensão mais densas que a água por ação da gravidade. Para uma maior eficiência, o percurso da água floculada para os decantadores deve ser o menor possível e em condições que evitem a quebra dos flocos ou que impeçam a sedimentação das partículas.
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Decantador
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ESQUEMA
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CONTROLE DE pH PROCESSO IMPORTANTE AOS DEMAIS
Não adianta adicionar reagentes sem que a água apresente alcalinidade. Para a correção da acidez da água, o agente regulador de pH utilizado é o Ca(OH)2 . A verificação de pH é realizada em amostras de pequenos volumes utilizando indicadores ácido-base. •Fenolftaleína ponto de viragem alcalina; •Azul de tornassol Ponto de viragem ácida; TRATAMENTO DE ÁGUAS E EFLUENTES - PII 2010/01
FLOCULAÇÃO/FLOTAÇÃO Floculação é a aglutinação, em flocos, das partículas de um precipitado ou de um sistema coloidal; freqüentemente ocasionada pela alteração do pH do sistema.
Agentes aglutinantes: Al2(SO4)3 e FeCl3
Tanque de floculação
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FLOCULAÇÃO/FLOTAÇÃO Há um pH em que melhor se dá essa união e conseqüente melhor floculação – “o pH ótimo de floculação”, aprox. 5 e 6. O descontrole desse pH comprometerá a eficiência do tratamento resultando maior consumo do floculante, menor remoção de cor e turbidez, pior decantação com conseqüente sobrecarga dos filtros, aumentando a alumina residual e até a dissolução completa dos flocos formados.
Chicanas: divisores de fluxo
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FILTRAÇÃO A água, quase isenta de flocos, passa aos filtros que eliminam flocos remanescentes e partículas em suspensão (não-floculadas). Há grande variedade de filtros.
Tipos de filtros: Filtros de fluxo (areia, carvão ativado e brita); Filtros à gravidade (abertos); Filtros à pressão (fechados);
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Filtro prensa
Filtro aberto
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OSMOSE REVERSA Enquanto sistemas de filtração comuns utilizam barreiras de materiais sólidos para separar partículas da água, um sistema de osmose reversa emprega membranas semipermeáveis, que separa uma porcentagem altíssima de moléculas indesejáveis.
Isso ocorre quando se aplica uma grande pressão sobre este meio aquoso, o que contraria o fluxo natural da osmose.
OSMOSE REVERSA Aplicações: •Dessalinização da água para caldeiras; •Desmineralização da água para processos de industrias alimentícias, bebidas, químicas e farmacêuticas;
Equipamento: As membranas são formadas por um conjunto de filtros semipermeáveis, geralmente de poliamida com polisulfona, enroladas em forma de espiral. TRATAMENTO DE ÁGUAS E EFLUENTES - PII 2010/01
Equipamento Osmose reversa – Industria de papel e celulose.
Equipamento Osmose reversa – Industria de bebidas TRATAMENTO DE ÁGUAS E EFLUENTES - PII 2010/01
ABRANDAMENTO Processo de tratamento da água dura para a retirada de cálcio e magnésio.
Precipitação química
Troca catiônica
CaO Eleva o pH da água. Na2CO3 Fornece os íons carbonato.
Utilização de resina catiônica que captura os íons Ca2+ e Mg2+ substituindo-os por íons formadores de compostos solúveis e não danosos.
FORMAÇÃO DE PRECIPITADO PRÓS
CONTRAS
PRÓS
CONTRAS
Tecnologia bem estabelecida
Produção de lodo
Sem formação de lodo
A resina satura
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ABRANDAMENTO •Vantagens: Geralmente aplicado para águas com dureza elevada; Possibilita remover da água contaminantes tais como metais pesados e outros; Tecnologia bem estabelecida; •Desvantagens: Utilização de produtos químicos; Produção de lodo; Necessidade de ajustes finais, pois a água abrandada ainda possui dureza-cálcio em torno de 30 ppm de CaCO3; TRATAMENTO DE ÁGUAS E EFLUENTES - PII 2010/01
CLORAÇÃO Consiste na destruição da matéria orgânica por oxidação. Pré – cloração
Tratamento feito à água bruta para deixá-la apta à floculação e filtração. Cloração Processo realizado após a clarificação e as filtrações, já no tanque de água potável, com o objetivo de evitar infecção. Tratamento obrigatório para água de consumo humano. TRATAMENTO DE ÁGUAS E EFLUENTES - PII 2010/01
Tratamento de água de processo
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SISTEMA DE GERAÇÃO DE VAPOR
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TROCADOR DE CALOR
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TROCADOR DE CALOR
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PROBLEMAS SÉRIOS
Incrustações Lodo microbiológico Corrosão Arraste TRATAMENTO DE ÁGUAS E EFLUENTES - PII 2010/01
INCRUSTAÇÕES
Íons de cálcio e magnésio, Carbonatos, bicarbonatos, cloretos, sulfatos e silicatos Precipitam com o aumento de temperatura.
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Incrustações
INCRUSTAÇÕES DE CARBONATO DE CÁLCIO
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ÁGUAS BRANDAS Cal Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2H2O + 2CaCO3 (s) Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 Mg(OH)2(s) + 2CaCO3(s) + 2H2O
Barrilha CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3 (s) + Na2SO4
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SISTEMA DE PURIFICAÇÃO
Cloro ativo ( Contamina a resina) regenera-se o carvão com a queima
Unidade compacta para 500 litros/hora (com filtro de carvão-ativo e troca iônica)
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DESMINERALIZAÇÃO
1º passa por uma resina catiônica, trocando cátions existentes por cátion (H+) - Ac. Cíclico hidrogênico 2º passa por um resina aniônica, trocando ânions existentes por ânions (OH-) - Solução básica TRATAMENTO DE ÁGUAS E EFLUENTES - PII 2010/01
CORROSÃO Gases dissolvidos como: Oxigênio
Gás carbônico
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REMOÇÃO DE GASES Desaeração Mecânica É feito aquecendo-se a água com vapor em contracorrente. Jateamento ou escoamento da água em uma grande superfície em contra corrente com vapor; Desaeração a vácuo.
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PURIFICAÇÃO
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ARRASTE – Gotículas de água Arraste volátil – sólidos dissolvidos no vapor – sílica e sódio;
Depósito de silicato de sódio TRATAMENTO DE ÁGUAS E EFLUENTES - PII 2010/01
TRANSFERÊNCIA DE CALOR E EFICIÊNCIA
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CONSEQUÊNCIAS • Aumento de combustível • Desgaste de materiais
• Problemas não solucionados • Perdas enormes de dinheiro
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EFLUENTE Água como material essencial ao setor produtivo
Proximidade com fontes fluviais
Poluição
CRIADA A LEGISLAÇÃO AMBIENTAL... ... apropriada para o controle da poluição nos corpos hídricos, procurando forçar as indústrias a instalarem estações de tratamento de efluentes (ETEs) antes de despejá-los nos rios.
Em 1976 : sistema de licenciamento ambiental.
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Resolução CONAMA n° 20, de 18 de Junho de 1996 O CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE – CONAMA, no uso de suas atribuições que lhe confere o art. 7°, inciso IX, do Decreto 88.351, de 1° de junho de 1983, e o que estabelece a RESOLUÇÃO CONAMA n° 003, de 5 de junho de 1984; Art. 21 – Os efluentes de qualquer fonte poluidora somente poderão ser lançados, direta ou indiretamente, nos corpos de água desde que obedeçam às seguintes condições: a) pH entre 5 e 9; b) Temperatura: inferior a 40°C, sendo que a elevação de temperatura do corpo receptor não deverá exceder a 30°C; c) Materiais Sedimentáveis: até m/litro em teste de 1 hora em cone Imhoff. Para o lançamento em lagos e lagoas, cuja velocidade de circulação seja praticamente nulas, os materiais sedimentáveis deverão estar virtualmente ausentes; d) Regime de lançamento com vazão máxima de até 1,5 vezes a vazão média do período de atividade diária do agente poluidor; e) Óleos e graxas: -Óleos minerais até 20 mg/L; -Óleos vegetais e gorduras animais até 50 mg/L; f) Ausência de materiais flutuantes; TRATAMENTO DE ÁGUAS E EFLUENTES - PII 2010/01
g) Valores máximos admissíveis das seguintes substâncias: Amônia 5,0 mg/L N Arsênio 0,5 mg/L As Bário 5,0 mg/L Ba Boro Total 5,0 mg/L B Cádmio Total 0,2 mg/L Cd Chumbo Total 0,5 mg/L Pb Cianetos 0,2 mg/L CN Cobre Total 1,0 mg/L Cu Cromo Hexavalente 0,5 mg/L Cr Cromo Trivalente 2,0 mg/L Cr Estanho Total 4,0 mg/L Sn
Ferro Solúvel 15,0 mg/L Fe Fluoretos 10,0 mg/L F Índice de Fenóis 0,5 mg/L C6H5OH Manganês Solúvel 1,0 mg/L Mn Mercúrio Total 0,01 mg/L Hg Níquel Total 2,0 mg/L Ni Prata Total 0,1 mg/L Ag Selênio Total 0,05 mg/L Se Sulfetos 1,0 mg/L S Sulfitos 1,0 mg/L SO3 Zinco 5,0 mg/L Zn
Outras substâncias em concentrações que poderiam ser prejudiciais: de acordo com limites a serem fixados pelo CONAMA. h) Tratamento especial, se provirem de hospitalar e outros estabelecimentos nos quais haja despejos infectados com microorganismos patogênicos.
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O QUE SÃO EFLUENTES INDUSTRIAIS? Substâncias orgânicas ou inorgânicas possivelmente nocivas e/ou apresentando alto teor de carga orgânica. De uma forma geral, os efluentes gerados pela atividade industrial provém de duas fontes: esgoto sanitário e dos processos produtivos. i) Provenientes de esgoto sanitário ii) Provenientes de processos industriais
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Os efluentes industriais que mais preocupam: provenientes de indústrias "naturais“ ou indústrias agro-alimentares. A indústria química é a maior responsável pela poluição por elementos tóxicos (mais de 50%) sendo seguida pela indústria de metais (mais de 35%). Os efluentes industriais são águas de resfriamento que são despejados em temperatura elevada.
Outros elementos como os metais pesados, tais como cobre, zinco, chumbo e mercúrio chegam a atingir indiretamente os seres vivos e produzir efeitos cumulativos TRATAMENTO DE ÁGUAS E EFLUENTES - PII 2010/01
TRATAMENTO DE EFLUENTES Tratar os efluentes significa reduzir seu potencial poluidor através de processos físicos, químicos ou biológicos, adaptando-os aos padrões determinados pela legislação de controle da poluição.
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EFLUENTES DE DIFERENTES INDÚSTRIAS • Indústria alimentícia – açucares, corantes, matéria orgânica (sangue, resíduo de cereais,...) • Indústria de Tintas – água com material inorgânico composto por óxidos de metais pesados. • Indústrias Têxteis - corantes naturais e sintéticos, detergentes. • Indústria Petroquímica – resíduos de petróleo TRATAMENTO DE ÁGUAS E EFLUENTES - PII 2010/01
PRECIPITAÇÃO QUÍMICA A precipitação de metais ocorre pela formação de hidróxidos metálicos, devendo ser verificada a curva de solubilidade dos metais (pH x solubilidade). A maior dificuldade é a precipitação concomitante de diversos metais, sem que as curvas de solubilidade apresentem coincidências entre as concentrações mínimas. Deve-se observar também se as concentrações mínimas obtidas pelo tratamento quando a precipitação ocorre em um pH comum a diversos metais são inferiores aos limites estabelecidos para lançamento nos corpos receptores ou na rede coletora. TRATAMENTO DE ÁGUAS E EFLUENTES - PII 2010/01
Lodos Ativados
Mas afinal o que é? • Processo biológico que faz uso de bactérias removendo matéria orgânica dissolvida e em suspensão.
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Engenheiros e sua paixão por equações:
H2O
Matéria Orgânica
+
+
CO2
O2
+ mais
+ Bactérias
Bactérias
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QUAIS BENEFICIOS OS LODOS ATIVOS GERAM?
Redução de microorganismos e menor concentração de matéria orgânica aos efluentes tratados.
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A FORMAÇÃO DO LODO É FUNDAMENTADA PELA PRESENÇA DE: • Nutrientes: N e P • Micronutrientes: Ca, Mg, Fe, Cu, Zn, Cr, Co e Mo • Variando de região para região!
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VARIANTES DO PROCESSO Lodo ativado convencional; Aeração prolongada; Valo de oxidação; Lodo ativado por batelada; Lagoa aerada aeróbia; Lagoa aerada facultativa; TRATAMENTO DE ÁGUAS E EFLUENTES - PII 2010/01
PROCESSO DE DESAGUAMENTO DE LODO Lodo
Tratamento Complementar
Digestão: Aeróbia; Anaeróbia
Processo Físico: Adensamento
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Processo Físico: coagulação
SECAGEM DE LODO
Processos de secagem naturais e mecânicos
Naturais: Leitos de secagem ou lagoas de lodo
Mecânicos: Filtros-prensa e a vácuo Centrífugas.
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Ligadas a característica de hidratação do lodo e ao destino do mesmo. A Legislação e empresas administradoras, por exemplo, não aceitam lodos com umidade superior a 70%
SECAGEM NATURAL : Lagoas de lodo ou em leito de secagem. 3 fatores determinantes: Ação dos ventos ( mais importante); Temperaturas altas (vapores de água); Insolação direta(aumento da temperatura e raios solares promovem a degradação e redução de microorganismos).
LEITOS DE SECAGEM: A altura do lodo não deve superar 0,25 m e deve ser feito de uma única vez. A drenagem ocorre entre 24-48h. Após a drenagem a altura é 0,1 m.
LAGOAS DE LODO:
Secagem de forma lenta, pois ocorre de forma sobreposta: algas/anaerobiose.
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Secagem Mecânica Exigem diferentes tratamentos ao lodo: Filtro a vácuo: pré-capa e tela; Prensa desaguadora contínua: Adição de polieletrólito para desestabilização de colóides e conseqüente formação de grumos. Centrifugação:adição de polieletrólito. A cada operação deve ser lavado Filtro-prensa: diversos tipos de tecidos e telas; opera em diversas pressões; a desvantagem é que o sistema é descontínuo
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adensamento: remoção de umidade; condicionamento: preparação para desidratação; desidratação: remoção de umidade; higienização
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PRA ONDE VAI O LODO? Lodo biológico (secundário) já estabilizado
• adensadores • leitos de secagem
• aplicação no solo • aterramento TRATAMENTO DE ÁGUAS E EFLUENTES - PII 2010/01
REUSO DO LODO lodo
tratamento
higienização
reuso na agricultura
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O que devemos evitar?
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Tratamento com ozônio
OXIDANTE Matéria orgânica; Microorganismos contaminantes; Metais (Fe e Mn);
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PRINCIPIO BÁSICO
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EFICAZ Ozônio
Cloro
vírus
vírus e bactérias
Combinado
Protozoários
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Substituto do cloro TRATAMENTO DE ÁGUAS E EFLUENTES - PII 2010/01
Oxidação imediata; Garantir segurança para contaminação futuras;
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COMPARAÇÕES Ozônio
Cloro
•Não cancerígeno •Atua rapidamente •Sem odor •Menor quantidade •Oxidação imediata
•Sub-produtos cancerígenos •Atuação lenta •Possui odor •Maior quantidade •Oxidação prolongada
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FINALIDADE DO TRATAMENTO •Piscina; •Consumo humano; •Indústria alimentícia;
•Efluente; •Água de processo(caldeira e resfriamento); TRATAMENTO DE ÁGUAS E EFLUENTES - PII 2010/01
