TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES INDUSTRIAIS

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1 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ CURSO TÉCNICO DE PETRÓLEO TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES INDUSTRIAIS 1

2 CURSO TÉCNICO DE PETRÓLEO Professora: Msc. Marisa Soares Borges Universidade Federal do Paraná Telefone: Celular: Identificação da disciplina 1.1 Tratamento de Água e Efluentes Industriais O aluno deverá compreender a importância da água para a manutenção dos seres vivos no planeta, Entender que os recursos hídricos são recursos naturais não renováveis e devem ser preservados usando racionalmente a água, tanto na vida diária bem como na indústria, como forma de desenvolvimento sustentável, Conhecer os processos de tratamento de água e de efluentes líquidos utilizados. 2. Pré-requisito Química Geral Aplicada 3. Objetivos Gerais Fornecer ao aluno conhecimentos básicos de gestão ambiental, tratamento de água e efluentes industriais. Objetivos do tratamento, Nível do tratamento, Estudos de impacto ambiental no corpo receptor, 3.1 Objetivos específicos Compreender os princípios de um sistema de gestão ambiental na indústria, Como elaborar um programa de gestão ambiental e prevenção de poluição, Conhecer sistemas de tratamento para efluentes industriais (tratamento preliminar, tratamento primário, secundário, terciário). 4. Conteúdo programático Conhecimentos básicos e aplicações de sistema de gestão ambiental (Legislação ambiental, ISO 14001, NBR 10004), desenvolvimento sustentável, Estudo de impacto ambiental, Gerenciamento de resíduos, Prevenção de poluição, 2

3 Principais tipos de efluentes industriais e formas de tratamento. 5. Metodologia de ensino Aulas expositivas, uso de projetor, multimídia, estudos dirigidos, seminários, espaço aberto para perguntas e sugestões. No decorrer do curso serão realizadas visitas a Indústrias para conhecer Estações de Tratamento de Efluentes. 6. Avaliação A nota final resultará da média ponderada seguinte: Média das provas + nota seminário + listas de exercícios (2Pr+1S+1L)/3,5 = NF 7. Recuperação (última avaliação) Será realizada através de prova escrita de todo o conteúdo programático. 8. Cronograma Desenvolvimento sustentável, Gestão ambiental na indústria, Prevenção de poluição, minimização de resíduos na fonte, Tratamento de efluentes industriais, 8.1 Tratamento de efluentes 3

4 1. A IMPORTÂNCIA DA ÁGUA PARA A MANUTENÇÃO DA VIDA Calcula-se que 74% da superfície terrestre sejam constituídos de água. Por mais abundantes que pareçam os recursos hídricos na superfície da terra, a água disponível para consumo humano se restringe a 0,8% do total existente no planeta, incluindo não somente as águas superficiais, mas também as subterrâneas, que podem estar a uma profundidade de até metros. O restante da água se encontra nos oceanos e nas geleiras. A perspectiva é de que muitas disputas e guerras sejam deflagradas nos próximos anos devido à escassez de água. Alguns países do oriente médio já se encontram em situação crítica e até mesmo no Brasil, a cidade de São Paulo entre outras cidades já começam a enfrentar situações de racionamento de água. As águas superficiais possuem múltiplos usos, servindo para o abastecimento público, processos industriais e agricultura. São diretamente utilizadas como receptoras de despejos industriais e domésticos. Indiretamente, são influenciadas por fontes difusas de poluição como agrotóxicos ou resíduos sólidos. As cargas atmosféricas também atingem as águas pelas chuvas ou mesmo diretamente através da queda de partículas em suspensão. Para garantir a qualidade das águas e seus múltiplos usos são necessárias medidas de proteção e controle. O controle através das análises físico-químicas normalmente não é suficiente porque as condições analíticas são limitadas, considerando-se a existência de milhões de diferentes substâncias químicas no ambiente, que interagem continuamente originando novas substâncias. 2. DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Em 1987 foi publicado o Relatório Brundland ou o Nosso Futuro Comum que apresentou a proposta do Desenvolvimento Sustentável, sendo então definido como o desenvolvimento que satisfaz as necessidades do presente sem comprometer a capacidade das futuras gerações satisfazerem as suas próprias necessidades (BRÜSEKE, 1995, p.33). Em 1992 foi realizada a Conferência Mundial sobre o Meio Ambiente e Desenvolvimento no Rio de Janeiro conhecida como a ECO-92 que tratou da crise 1

5 ambiental e suas repercussões nos diferentes âmbitos. Este encontro resultou na elaboração de um plano de ações necessárias à transição para um modelo sustentável de relação com o ambiente, a AGENDA 21. O desenvolvimento sustentável como uma solução para os problemas ambientais vem sendo discutida por diferentes segmentos da sociedade. Caso não ocorra uma profunda alteração da atual filosofia econômica, a contribuição mais otimista da sustentabilidade seria a de um adiamento da exaustão dos recursos. Quando se fala de desenvolvimento sustentável, tem que se considerar não só os aspectos materiais e econômicos, mas o conjunto multifacetado que compõe o fenômeno do desenvolvimento: aspecto político, social, cultural e físico, os quais repousam sobre parâmetros qualitativos tais como: harmonia social, cidadania, valores da sociedade (ético, moral) e o nível entrópico do sistema. 3. PROCESSOS DE TRATAMENTO DE ÁGUA E EFLUENTES Um dos principais problemas que qualquer cidade enfrenta é o da coleta e tratamento dos resíduos por ela gerados. Quanto maior o número de pessoas que vivem em uma determinada cidade, maior será a sua geração de resíduos. Cada resíduo possui características específicas, que levam à necessidade de diferentes formas de coleta, tratamento e disposição. Na maioria dos casos, o volume de resíduos gerados supera, em muito, a capacidade natural da assimilação do meio que circunda esses centros urbanos. O resultado é uma crescente deterioração nas condições ambientais com o aumento visível dos níveis de poluição. Com relação aos resíduos provenientes de esgotos sanitários, durante muito tempo os investimentos foram realizados apenas para a construção dos sistemas de coleta. Em geral, ainda hoje, a maioria dos sistemas de esgotos existentes nas cidades brasileiras limita-se a despejar os resíduos brutos nos corpos de água, sendo responsáveis pelo agravamento dos problemas de poluição. Essa crescente quantidade de esgoto urbano, gerado pelos grandes centros e depois lançados nas águas dos rios, representa um grande desafio para os pesquisadores e as autoridades no sentido de proporem alternativas seguras, socialmente aceitáveis e economicamente viáveis para o tratamento e a destinação final dos produtos gerados a partir dos esgotos sanitários. 2

6 3.1 Água residuárias ou esgoto: é o líquido conduzido pelas canalizações de esgotamento das comunidades. Possui características variáveis, em função de sua origem, da hora de produção ou amostragem, da extensão da rede coletora e do estado de conservação da mesma. O esgoto industrial é proveniente de processos industriais. A composição e função de tecnologia e do produto podendo variar de orgânico a mineral, geralmente é composto de sólidos dissolvidos. Características físicas: Teor de matéria sólida, Odor, Cor, Turbidez, Variação de vazão. Matéria sedimentável: sedimenta em um período razoável de tempo (entre 1 e 2 horas). Matéria não sedimentável: não sedimenta no tempo arbitrário de 2 horas, só será removida por processos de oxidação biológica e de coagulação, seguida de sedimentação. Os odores característicos dos esgotos são causados pelos gases formados no processo de decomposição, a cor e a turbidez indicam o estado de decomposição do esgoto, as características químicas são de origem de matéria orgânica e inorgânica. A forma mais utilizada para se medir a quantidade de matéria orgânica presente é através da determinação da Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), que indica o grau de poluição de uma água residual. Quanto maior o grau de poluição orgânica, maior a DBO do corpo d'água. A variação da vazão dependerá do tipo de rede, dos despejos admitidos, qualidade do material empregado e principalmente da natureza da indústria. 3.2 Coagulação e precipitação química: é a operação pela qual as substâncias químicas formadoras de flocos - coagulantes - são adicionadas a água com a finalidade de se juntar ou combinar com a matéria em suspensão decantável e com a matéria não decantável e com a matéria coloidal, com isso se formam os 3

7 agregados às partículas em suspensão, os flocos. Os coagulantes se precipitam depois de reagir com outras substâncias. Na precipitação, as substâncias dissolvidas são retiradas da solução, as substâncias químicas adicionadas são solúveis e reagem com as substâncias químicas do esgoto, por exemplo, a adição de cal em esgotos contendo ferro, produz flocos que sedimentam. 3.3 Remoção dos sólidos grosseiros em suspensão: é feita através de crivos, grades, desintegradores, os sólidos sedimentáveis são feitos com caixa de areia e centrifugadores, a remoção de óleos e graxas são feitos em tanques de retenção de gorduras, tanques de flotação, decantadores com removedores de escuma. 3.4 Remoção do odor e controle de doenças: deve ser feita cloração, utilização de reagentes químicos e instalações biológicas. Eficiência da unidade: O tratamento preliminar é a remoção de sólidos grosseiros, remoção de gordura, remoção de areia. 3.5 Tratamento primário: decantação, flotação (substâncias mais leves que a água), geralmente bolhas de ar ou compostos químicos, digestão e secagem do lodo e sistemas compactos (decantação e digestão). A separação sólido-líquido por decantação centrífuga é semelhante a sedimentação por gravidade, as partículas são aceleradas por uma força centrífuga, maior que a aceleração da gravidade. 3.6 Tratamento secundário: é feito através de filtração biológica, processo de lodos ativados, decantação intermediária, lagoas de estabilização. 3.7 Tratamento terciário: são as chamadas lagoas de maturação, cloração para desinfecção, ozonização para desinfecção, remoção de nutrientes, remoção de complexos orgânicos, eletrodiálise, osmose reversa, troca iônica, remoção de nutrientes. 4

8 3.8 Tratamento do lodo: espeçamento, digestão anaeróbia, centrifugação, filtração a vácuo, filtração por prensagem, condicionamento químico, condicionamento térmico, incineração, oxidação úmida. O grau de tratamento necessário será sempre em função do corpo receptor e das características do uso da água, condicionada ao uso da água a jusante do ponto de lançamento. A característica da vida de um rio é expressa pela quantidade de oxigênio dissolvido no seu meio e por sua capacidade de reduzir a poluição orgânica através de processos naturais, físicos e bioquímicos, os microorganismos, em particular, as bactérias que necessitam de oxigênio dissolvido da água para sua sobrevivência (decomposição biológica) chamada autodepuração. 3.9 Lagoas de estabilização: onde a matéria orgânica é estabilizada pela ação das bactérias que produzem ácidos orgânicos sob condições anaeróbias, ou CO 2 e água sob condições aeróbias Lagoas anaeróbias: ocorrem sem a presença do oxigênio, são os fenômenos de digestão ácida; lagoas facultativas, a remoção da matéria orgânica se dá através dos fenômenos de fermentação anaeróbia. O lançamento de despejos industriais com características adversas ao equilíbrio biológico das lagoas de estabilização deverá ser submetido a um tratamento prévio antes de seu lançamento a rede de esgoto ou no corpo receptor. 4. OBJETIVOS DO TRATAMENTO DOS EFLUENTES INDUSTRIAIS As condições locais de uma instalação industrial mostram as necessidades do tratamento, se a mesma está localizada às margens de um grande rio ou de um rio de pequena vazão, o tratamento poderá ser dispendioso dependendo do tratamento, os processos e a experiência dos profissionais. Dependendo da atividade industrial o rio será considerado poluído (sujo) ou contaminado (que transmite doenças). Toda água contaminada é água poluída, portanto, o objetivo do tratamento é evitar a poluição. 5

9 Tabela1: Processos de tratamento de efluentes líquidos Indicação Tipo de processo Sistema de controle de poluição Efluentes que Processos físicos Grades, peneiras, contém sólidos caixa de areia, flutuantes de caixa de gordura grandes dimensões Efluentes que Processos físicos Caixas separadoras contém óleo mineral água/óleo Efluentes que Processos químicos Tanques de contém material e físico-químicos neutralização, coloidal, cor, trocador iônico, turbidez, ácidos, tanque de formação álcalis, do precipitado Efluentes que Processos químicos Elevação do ph, contém metais e físico-químicos sedimento de pesados filtração dos compostos insolúveis Efluentes que Processos químicos Oxidação química contém cianeto Efluentes que Processos Lodo ativado, filtro contém matéria biológicos biológico, lagoas orgânica aeradas, lagoa de estabilização Efluentes sanitários Processos Fossa séptica, observação Quando predominam compostos orgânicos o lodo decantado deve ser removido e disposto adequadamente Se o óleo estiver emulsionado, é necessária a redução do ph. A neutralização pode ser necessária como prétratamento Resíduo biodegradável DQO < ou = 3,0 DBO 6

10 biológicos Efluentes Processos Lagoas de domésticos biológicos estabilização aeróbias ou facultativas. 5. Sistema de Canalização Sanitária: O esgoto bruto recebe este tratamento, antes de ser depositado em fonte de águas naturais, seja rio, lago ou mar. O componente principal do esgoto, além da água é a matéria orgânica de origem biológica. Ocorre na forma de partículas, que vão desde o tamanho macroscópico, até as de tamanho microscópico e que se encontram na água em suspensão na forma de colóides, 5.1 Tratamento primário (ou mecânico) de águas residuais: são removidas as partículas maiores, incluindo areia e lodo, o que permite o fluxo lento através de telas e ao longo de uma lagoa. No fundo da lagoa, forma-se um lodo de partículas insolúveis, enquanto que, na parte superior, forma-se uma camada superficial de um líquido oleoso (produtos formados pela reação do sabão com os íons de cálcio e magnésio) menos denso do que a água, que é retirada da superfície. Cerca de 30% da DBO da água residual é removida no processo do tratamento primário, mesmo sendo essa fase do procedimento de natureza totalmente mecânica. O lodo das fases primária e secundária do tratamento está constituído principalmente por água e matéria orgânica e da remoção de água sobrenadante, o qual, na maioria das vezes é incinerado ou enviado para aterro sanitário, no entanto, este lodo mesmo sendo rico em nutrientes para as plantas, pode conter metais pesados e outras substâncias tóxicas. Após a passagem do lodo através do tratamento primário convencional, a água do esgoto torna-se mais clarificada, porém, apresenta ainda uma DBO muito alta (centenas de miligramas por litro) e é prejudicial para a biota. A alta DBO devese principalmente à presença de partículas orgânicas coloidais. Na fase de tratamento secundário ou biológico, grande parte do material orgânico em 7

11 suspensão, como aquele dissolvido na água, é biologicamente oxidado por microorganismos até dióxido de carbono e água, ou convertido em lodo adicional que pode ser removido com facilidade. Com o objetivo de possibilitar as reações conduzidas pelos microorganismos, a água é aspergida sobre um leito de areia e pedregulho ou sobre um plástico coberto por bactérias anaeróbias, ou é bem agitada em um reator de aeração (processo de lodo ativado). O sistema é mantido bem aerado para acelerar a oxidação. Em essência, mantendo-se de forma deliberada no sistema uma alta concentração de organismos aeróbios, especialmente bactérias, é possível que sejam rapidamente efetuados ou mesmo processos de degradação biológica que requeriam semanas para ocorrer em águas abertas. As reações de oxidação biológica do tratamento secundário reduzem a DBO da água poluída a menos de 100 mg/l, o que constitui cerca de 10% da concentração original do esgoto não tratado. Em alguma extensão, ocorre também nitrificação, na qual os compostos nitrogenados orgânicos convertem-se em íons nitratos e dióxido de carbono. Em resumo, o tratamento secundário das águas residuais envolve reações bioquímicas que oxidam grande parte do material orgânico que não havia sido removido na primeira fase. Após a diluição da água tratada com uma grande quantidade de água natural, a vida aquática pode ser mantida Cloração ou irradiação com luz UV: Em alguns casos, a água produzida pelo tratamento secundário é desinfetada antes de ser bombeada para um curso de água local. Pesquisas recentes efetuadas no Japão têm mostrado que a cloração do efluente antes de sua emissão produz alguns compostos mutagênicos, presumivelmente por interação das substâncias que contém cloro com a matéria orgânica que permanece na água. Procedimentos que aplicam o tratamento terciário (avançado ou químico) de águas residuais. Na fase terciária, são removidos produtos químicos específicos das águas parcialmente purificadas, antes de sua desinfeção final. Dependendo do local, o tratamento terciário pode incluir alguns ou todos os seguintes processos: Redução da DBO por remoção da maior parte do material coloidal remanescente, usando sais de alumínio, em um processo no qual se forma 8

12 Al(OH) 3 e que opera da mesma maneira descrita anteriormente para purificação da água potável. Remoção de compostos orgânicos dissolvidos (incluindo o clorofórmio) e de alguns metais pesados, mediante sua adsorsão ao carvão ativado, sobre o qual a água flui. Remoção de fosfatos, normalmente por meio de sua precipitação como o sal de cálcio Ca 5 (PO 4 ) 3 OH, produzido pela adição de cal, Ca(OH) 2. Parte do fósforo é removido na fase de tratamento secundário, visto que os microorganismos o incorporam como nutriente para o seu crescimento. Remoção de metais pesados pela adição de íons hidróxido ou sulfeto para formar hidróxidos ou sulfetos metálicos insolúveis. Remoção de ferro por aeração efetuada a um ph elevado, com o objetivo de promover sua oxidação para seu estado insolúvel de Fe +3, possivelmente em combinação com o uso de um forte agente oxidante, cuja função é destruir os ligantes orgânicos quelantes do íon Fe +3, que poderão impedir sua oxidação Demanda Química de Oxigênio: É uma grandeza que diz respeito à quantidade de oxigênio consumido por materiais e por substâncias orgânicas e minerais que se oxidam sob condições experimentais definidas. No caso de águas, a grandeza caracteriza-se como um parâmetro particular importante para estimar o potencial poluidor (no caso, consumidor de oxigênio) de efluentes domésticos e industriais, assim como o impacto dos mesmos sobre os ecossistemas aquáticos. Como a medida direta desse oxigênio é uma impossibilidade prática, o mesmo é convencionalmente substituídos por substâncias oxidantes que, tendo sua quantidade medida antes e depois do contato com as amostras, permite avaliar o poder redutor ou consumidor de oxigênio das mesmas. Dessas substâncias, o dicromato tem sido o oxidante mais empregado na determinação da DQO em águas e efluentes, com cujos redutores reage, na presença de íons Ag+ como catalizador e em meio fortemente acidificado com ácido sulfúrico. 9

13 Uma aplicação muito importante do dicromato de potássio é a titulação por excesso que visa a determinação ambiental da quantidade de oxigênio necessária para oxidar todo o material orgânico, numa amostra de água impura, como por exemplo no efluente de esgoto. Muitos tipos de matéria orgânica são oxidados por uma mistura fervente de ácidos crômico e sulfúrico. Uma amostra é refluxada em uma solução fortemente ácida com um conhecido excesso de dicromato de potássio. Após a digestão, o dicromato de potássio restante não reduzido é titulado com sulfato ferroso amoniacal para determinar a quantidade de dicromato de potássio consumida e a matéria oxidável é calculada em termos de oxigênio equivalente. O tempo padrão de refluxo de 2 horas pode ser reduzido se, em menor período de rendimento, o mesmo resultado for mostrado. Algumas amostras com baixíssima demanda de oxigênio ou com teor de sólidos altamente heterogêneos podem necessitar ser analisadas em replicata para produzir o maior dado de confiança Interferentes A oxidação da maioria dos compostos orgânicos é de 95 a 100 % do valor teórico. Piridina e compostos relacionados de resistente oxidação e compostos orgânicos voláteis reagirão na proporção de seu contato com o oxidante. Compostos alifáticos de cadeia reta são oxidados mais efetivamente na presença de um catalisador sulfato de prata. O interferente mais comum é o íon Cl. Cloreto reage com o íon Ag+² para precipitar cloreto de prata, e desta maneira inibe a atividade catalítica da prata. Brometo, iodeto e qualquer outro reagente que inativar o íon Ag+² pode interferir similarmente. Tais interferências tendem restringir a ação de oxidação do íon Cr 2 O 7 por si mesmo. Entretanto, são os rigorosos procedimentos de digestão para análise de demanda química de oxigênio que cloreto, brometo ou iodeto podem reagir com dicromato para produzir a forma elementar do halogênio e o íon Cr+³. As dificuldades causadas pela presença de cloreto podem ser superadas grandemente, embora não completamente, pela complexação com sulfato de mercúrio antes do procedimento refluxante. Apesar de que 1 g de sulfato de mercúrio ser especificado para 50 ml de amostra, uma quantidade mais baixa pode ser usada quando a 10

14 concentração de cloreto é conhecida para menos do que 2000 mg/l. Não usar o teste para amostras contendo mais do que 2000 mg/l de Cl /L. A interferência de haleto pode ser removida pela precipitação com íon Ag+² e filtração antes de digestão. Esta aproximação pode introduzir erros substanciais para a oclusão e arraste de substâncias de demanda química de oxigênio para amostras heterogêneas. A prata, o cromo hexavalente e sais de mercúrio usados nas determinações de demanda química de oxigênio e criam resíduos nocivos. O maior problema está no uso do mercúrio. Se a contribuição de cloreto para a demanda de oxigênio é desprezível, o sulfato de prata pode ser omitido. Quantidades menores de amostras reduzem o resíduo Reativos utilizados: Dicromato de potássio (K 2 Cr 2 O 7 ): é o agente oxidante que vai reduzir a matéria orgânica. Reagente de ácido sulfúrico/sulfato de prata: A reação ocorre em meio ácido. Sulfato de prata (Ag 2 SO 4 ) e sulfato de mercúrio (Hg) são os catalizadores da reação. Ácido sulfâmico (H 3 NO 3 S): Requerido somente se a interferência de nitritos está para ser eliminada. Padrão de hidrogenoftalato de potássio: é utilizado como padrão (determinação da curva) Porque são utilizados estes reativos: Dicromato age como o oxidante, reagindo com os redutores na presença de íons Ag+ e como catalizador em meio fortemente acidificado com ácido sulfúrico Resíduos gerados: Resíduos de prata, resíduos de mercúrio, resíduos de cromo e ferro, Acidez: É neutralizada quando da remoção do cromo e do ferro. A decomposição de substâncias orgânicas e biológicas durante a fase secundária do tratamento de águas residuais resulta usualmente na produção de sais inorgânicos, muitos dos quais permanecem na água mesmo após a aplicação das técnicas já citadas. A água também pode se tornar salobra devido ao seu uso em irrigação, ou porque as unidades utilizadas para reduzir sua dureza tenham sido recarregadas e sua descarga descartada como esgoto. Os íons inorgânicos podem ser removidos da água (dessalinização) por meio das técnicas listadas a seguir: 11

15 6. Osmose reversa: A água tem sua passagem forçada sob pressão através de uma membrana que os íons não podem atravessar. Uma membrana semipermeável composta de um material orgânico polimérico, como acetato de celulose ou triacetato de celulose, sobre a qual aplica-se alta pressão é colocada no caminho da água contaminada. A camada superficial da membrana tem cerca de 2 µm de espessura e é relativamente pouco porosa, quando comparada com o restante da estrutura. Dado que através dos poros pode passar apenas água, o líquido que atravessa a membrana é água pura. Por outro lado, a solução contaminada torna-se com o tempo cada vez mais concentrada em sal, sendo finalmente descartada. Esta técnica é usada em Israel e em outras regiões para produzir água potável a partir de água salgada, e é uma técnica útil em hospitais e unidades de tratamento renais para produzir água livre de íons. Em águas poluídas, é especialmente indicada para remover íons de metais alcalinos e alcalinos terrosos, assim como sais de metais pesados. 7. Eletrodiálise: nesta técnica, são colocadas verticalmente e de forma alternada no interior de uma célula elétrica uma série de membranas permeáveis somente a pequenos cátions ou pequenos ânions inorgânicos. Aplica-se uma corrente elétrica diretamente através da água, de modo que os cátions migram para o cátodo e os ânions para o ânodo. O líquido torna-se, em zonas alternadas, mais concentradas (enriquecido) ou menos concentrado (purificado) em íons. Finalmente, a água concentrada em íons pode ser descartada como salmoura e a água purificada pode ser liberada para o meio ambiente. Esta tecnologia também é empregada com o propósito de dessalinização e potabilização de água do mar. Em uma extensão interessante da eletrodiálise, obtém-se hidróxido de sódio eletrolíticamente a partir do sulfato de sódio residual. O Na 2 SO 4 aquoso e concentrado entra no compartimento central de uma célula. Os íons sódio passam através da membrana permeável aos cátions e junto com os íons hidróxido produzido pela decomposição da água formam hidróxido de sódio. Os íons sulfato migram através da membrana permeável aos ânions, e em combinação com os íons hidrogênio da decomposição da água, formam ácido sulfúrico. 12

16 8. Troca iônica: Alguns sólidos poliméricos contêm sítios que podem reter íons de maneira relativamente fraca, o que torna possível que um tipo de íon, quando em contato com este sólido, possa ser trocado por um outro da mesma carga. As resinas de troca iônica podem ser formuladas para possuir tantos sítios catiônicos como aniônicos que funcionam da maneira já descrita anteriormente. Os sítios de troca de uma resina catiônica encontram-se inicialmente ocupados por íons H +, e os sítios de troca das resinas de troca aniônica estão ocupados por íons OH -. Quando a água poluída por íons M + e X - substituídos por M + e, a seguir, os íons OH - da segunda resina são substituídos por X -. Assim, a água que deixa a coluna de resina contém íons H + e naturalmente, esses dois íons combinam-se imediatamente para formar mais moléculas de água. Portanto, a troca iônica pode ser usada para remover sais, inclusive os metais pesados presentes nas águas residuais. Em alguns casos, a água produzida no tratamento terciário é de uma qualidade suficientemente boa para ser usada como água potável. Alternativamente, a água do rio no qual foram despejados os efluentes das plantas de tratamento de esgoto é utilizada como água a ser potabilizada. A reutilização da água após sua purificação é particularmente comum na Europa, onde a densidade populacional consumidora é elevada os suprimentos de água corrente são menos disponíveis do que na América do Norte e América do Sul. Uma alternativa ao processamento de esgoto através de uma planta de tratamento convencional é o tratamento biológico em um pântano artificial (construído por alagamento de terra) que contém plantas como juncos, bambus e amentos. A descontaminação da água é processada por bactérias e outros microorganismos que vivem entre as raízes e os rizomas das plantas. Essas absorvem os metais através de seus sistemas de raízes e concentram os contaminantes no interior de suas células. Normalmente, nas instalações construídas para processar o esgoto, o tratamento primário destinado a filtrar e retirar sólidos e outros poluentes de uma lagoa é efetuado antes que as águas residuais sejam bombeadas até o pântano, no qual ocorre o equivalente aos tratamentos secundário e terciário. As plantas, no seu desenvolvimento, usam os poluentes, e aumentam o ph, o que serve para destruir certos microorganismos prejudiciais. 13

17 9. Remoção de óleos e graxas: É feita através de tanques de retenção de gorduras, tanques de flotação, decantadores com removedores de escuma. 10. Absorção em carvão ativado: O processo de adsorsão em carvão ativado pode ser usado para remover uma ampla variedade de contaminantes, orgânicos e inorgânicos. O sistema é eficiente e operacionalmente simples, com a vantagem adicional de poder reutilizar a fase sorbente após tratamento conveniente. 11. Processos biológicos: Os processos biológicos são os mais econômicos dentre os utilizáveis na remoção de matéria orgânica. Por esse motivo, são amplamente utilizados no tratamento de efluentes líquidos. Além da remoção de matéria orgânica, os processos biológicos podem ser aplicados para a oxidação de compostos reduzidos como nitrogênio amoniacal e sulfetos, bem como na redução de nitratos (desnitrificação) e de sulfatos. 12. Tratamento de Cianeto e Metais em águas residuais: Os metais de transição poluentes podem ser removidos da água pelo uso de técnicas tanto de precipitação como de redução, para formar sólidos insolúveis. A precipitação de sulfetos ou hidróxidos foi mencionada, quando os hidróxidos são precipitados, o lodo volumoso produzido deve ser descartado de maneira adequada. A redução eletrolítica de metais leva a sua deposição no cátodo. Se em lugar do metal em estado elementar deseja-se uma solução aquosa concentrada do mesmo, o metal depositado pode ser reoxidado por via química, mediante a adição de peróxido de hidrogênio ou por via eletrolítica, invertendo-se a polaridade da célula. Os poluentes químicos dissolvidos em água São em geral compostos organoclorados, fenóis, cianetos e metais pesados. 14

18 CARACTERIZAÇÃO DE ESGOTOS SANITÁRIOS Tabela 2: Características químicas dos esgotos domésticos brutos Parâmetro Faixa de concentração Valor típico Sólidos totais mg/l 1100 mg/l Matéria orgânica Determinação indireta DBO mg/l 350 mg/l Nitrogênio Total mg/l 50 mg/l Fósforo 5-25 mg/l 14 mg/l ph 6,7-7,5 7,0 Alcalinidade mgcaco 3 /l 140 mgcaco 3 /l Cloretos mg/l 35 mg/l Óleos e graxas mg/l 110 mg/l Fonte: VON SPERLING (1996). 13. PROJETOS PARA SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ESGOTOS Em estudos ou projetos deve-se definir com clareza os objetivos do tratamento dos esgotos, e a que nível deve ser o mesmo processado. Quando os projetos são realizados sem um estudo cuidadoso as conseqüências são concepções superestimadas, subestimadas, ou desvinculadas de outros importantes aspectos que não apenas a remoção de DBO. Para dimensionar o sistema de tratamento ideal, os seguintes aspectos são de fundamental importância: Objetivos do tratamento; Nível do tratamento; Estudos de impacto ambiental no corpo receptor. Para maior detalhamentos do projeto são necessários o conhecimento do volume de efluentes, procedência desses efluentes, área disponível para implantação do sistema e recursos a serem investidos para implementação e para manutenção do sistema. 15

19 14. NÍVEL DE TRATAMENTO A remoção dos poluentes no tratamento, de forma a adequar o lançamento a uma qualidade desejada ou ao padrão de qualidade vigente esta associada aos conceitos nível de tratamento e eficiência do tratamento. O tratamento de esgotos é usualmente classificado através dos níveis de tratamento: preliminar, primário, secundário e terciário Tratamento preliminar: objetiva apenas a remoção de sólidos grosseiros, gordura e sólidos sedimentáveis (areia), enquanto que o tratamento primário visa à remoção de sólidos sedimentáveis e parte da matéria orgânica. Em ambos predominam os mecanismos físicos de remoção de poluentes. A tendência continua sendo os decantadores primários e os floculadores. Deve-se lembrar que esta fase é de fundamental importância, pois, além de apresentar baixo custo, reduz bastante as impurezas contidas nos esgotos Tratamento secundário: predominam mecanismos biológicos, o objetivo é principalmente a remoção de matéria orgânica e eventualmente nutriente (nitrogênio e fósforo) Tratamento terciário: objetiva a remoção de poluentes específicos (usualmente tóxicos ou não biodegradáveis) ou ainda, a remoção complementar de poluentes não suficientemente removidos no tratamento secundário. A eficiência do tratamento está relacionada com a porcentagem de remoção de determinados poluentes no tratamento ou em uma de suas etapas. Depende de vários fatores, diretamente relacionados às operações e processos, que nelas devem ocorrer. Por exemplo, a eficiência de remoção de partículas em decantadores depende da relação entre a velocidade de sedimentação dessas partículas e a taxa de escoamento superficial do líquido. A eficiência de unidades onde ocorrem processos químicos depende, dentre outros fatores, das propriedades químicas dos reagentes, das características físico-químicas do fluído a ser tratado, do tempo de reação e das características dos produtos formados. A eficiência de processos biológicos depende similarmente, da natureza e composição dos substratos 16

20 presentes no afluente, das características e concentração da biomassa presente nos reatores, das condições ambientais tais como ph, temperatura, presença de nutrientes, tempo de contato entre substrato e biomassa e dos fenômenos que governam o transporte de substrato às células. 15. OPERAÇÕES, PROCESSOS E SISTEMAS DE TRATAMENTO. A tabela abaixo apresenta um resumo dos principais sistemas de tratamento de esgotos sanitários domésticos, feitos em geral, a nível secundário. Cabe ressaltar que no Brasil o tratamento terciário para esgotos domésticos é bastante raro. Tabela 3: Operações, processos e sistemas de tratamentos freqüentemente utilizados para a remoção de poluentes de esgotos domésticos Poluente Nível de tratamento Operação, processo ou sistema de tratamento Sólidos em Preliminar Gradeamento, Remoção de areia, suspensão Sedimentação, Disposição no solo. Matéria orgânica Secundário biodegradável Primário (remoção parcial) Patogênicos Terciário (principal) Secundário Nitrogênio Secundário Terciário Fósforo Secundário Terciário Lagoas de estabilizações e variações, lodos ativados e variações, filtro biológico e variações, tratamento anaeróbico, disposição no solo. Lagoas de maturação, disposição no solo, desinfecção com produtos químicos, desinfeção com radiação ultravioleta. nitrificação e desnitrificação biológica, disposição no solo, processos físico-químicos. Remoção biológica, Processos físico-químicos. 17