Tratamento de Águas Industriais

Transcrição

1 Química Aplicada QAP0001 Licenciatura em Química Prof a. Dr a. Carla Dalmolin Tratamento de Águas Industriais

2 Água para Consumo 75% da superfície da Terra Consumo Humano Consumo Industrial 2% 1% 97% Oceanos Camadas de gelo Rios

3 Ciclo Hidrológico

4 Água para Consumo Humano Água bruta Água potável Purificação: remoção de material orgânico e microorganismos nocivos de suprimentos municipais Remoção de produtos nocivos Remoção de produtos desagradáveis ao olfato e/ou paladar Introdução de produtos benéficos Realizado nas Estações de Tratamento de Água (ETA) ETA Água bruta Coagulação ou Floculação Decantação e Filtração Desinfecção Fluoretação Água potável

5 ETA

6 ETA

7 Coagulação ou Flotação Remoção das impurezas de natureza coloidal Dispersão uniforme Não sofrem sedimentação pela ação da gravidade Partículas que possuem mesma carga elétrica Sofrem repulsão mútua Não se aproximam para formar aglomerados Solução Verdadeira Dispersão Coloidal Suspensão

8 Coagulantes Agentes que neutralizam a carga elétrica das partículas, promovendo a colisão e aglomeração entre elas, para possibilitar a futura decantação Processo chamado de coagulação O hidróxido de alumínio produzido pela hidrólise do sal de alumínio promove a aglutinação das partículas em suspensão, facilitando sua deposição sob a forma de flocos. Al 2 (SO 4 ) H 2 O 2 Al(H 2 O) SO 4 2- Ácido de Lewis Abaixamento do ph Necessária a adição de agentes alcalinizantes NaOH, Ca(OH) 2, Na 2 CO 3

9 Floculação Para que haja uma distribuição uniforme de coagulante e alcalinizante, a água é submetida à forte agitação na entrada do floculador Agitadores mecânicos Chicanas (saliências nas paredes do floculador)

10 Floculação Para que haja uma distribuição uniforme de coagulante e alcalinizante, a água é submetida à forte agitação na entrada do floculador Agitadores mecânicos Chicanas (saliências nas paredes do floculador)

11 Decantação A água contendo os flocos formados pela ação do coagulante segue diretamente para decantação em tanques de sedimentação Tanques de cimento onde a água se desloca lentamente, chegando a ficar retida por algumas horas Sedimentação dos flocos formados (lamas, argila e microorganismos) Forma-se um lodo gelatinoso no fundo do tanque que é removido periodicamente

12 Decantador

13 Filtração Separação / Retirada dos flocos decantados A água transborda do decantador para tanques menores Filtros rápidos de leito poroso

14 Desinfecção Eliminação de organismos patogênicos Garantir a presença de desinfectante em toda a rede de distribuição capaz de destruir microorganismos patogênicos utilizado na temperatura ambiente não pode ser tóxico, nem deixar sabor na água fácil determinação de concentração em água deve apresentar efeito residual para proteger a água de futuras contaminações fácil obtenção, baixo custo e manejo simples Agente de desinfecção: Cloro gasoso Cloração Adição de cloro suficiente para manter uma concentração residual mínima de 0,2 mg/l

15 Desinfecção A eficiência do processo é medida pela quantidade de organismos mortos dentro de um determinado tempo, temperatura e ph definidos A cloração é o processo de desinfecção mais vantoso Eficiente Barato e fácil de aplicar Deixa efeito residual facilmente medido O processo de cloração é corrosivo não é indicado para águas de uso industrial, e em alguns casos pode se combinar com compostos orgânicos, formando substâncias cancerígenas Outras substâncias de ação desinfectante Hipoclorito de sódio: NaClO Permanganato de sódio ou de potássio: NaMnO 4 ou KMnO 4 Iodo: I 2 apenas em casos específicos (ex. presença de amebas) Ozônio: O 3 método eficiente mas de alto custo

16 Fluoretação Adição de compostos fluorados à água Redução da incidência de cárie dental As concentrações ótimas de flúor na água potável estão na faixa de 0,8 a 1,2 mg/l Reduz a incidência de cárie Valores maiores de concentração de fluor podem causar fluorose dental ou manchas nos dentes Ácido flúor silícico: H 2 SiF 6 Fluorsilicato de amônia: (NH 4 ) 2 SiF 6 Fluorsilicato de sódio: Na 2 SiF 6 Fluoreto de sódio: NaF

17 Controle de Qualidade da Água Potável Portaria 2914/2011 do Ministério da Saúde: estabelece procedimentos e responsabilidades relativas ao controle e à vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade As características físico-químicas e bacteriológicas definem o tipo de tratamento para que se alcance o padrão estabelecido, de acordo com a Lei vigente. Parâmetros de controle: Turbidez: presença de particulados suspensos na água Cor ph / alcalinidade: deve estar entre 6 e 9,5 Teor de ferro e manganês Presença de coliformes

18 Água Para Fins Industriais Os métodos mais utilizados na indústria para purificação da água são: Micro/nanofiltração Abrandamento Desmineralização

19 Abrandamento Diminuir / remover a dureza da água Água dura: contém excesso de sais de cálcio e magnésio Causa inscrustações em tubulações Consumo elevado de sabões Tipos de tratamento Precipitação química Troca catiônica Micro/nanofiltração

20 Precipitação Química Utilizado para águas com dureza elevada Possibilita remover demais contaminantes, como metais pesados insolúveis em meio alcalino. Tecnologia bem estabelecida Utilização de produtos químicos Geração de resíduo (lodo) Custo

21 Precipitação Química Remoção de íons Ca 2+ Adição de cal virgem (CaO) Ca(HCO 3 ) 2 + Ca(OH) 2 2 CaCO 3 + H 2 O Bicarbonato de cálcio (confere dureza à água) Precipitado Adição de barrilha leve (Na 2 CO 3 ) CaSO 4 + Na 2 CO 3 CaCO 3 + Na 2 SO 4 CaCl 2 + Na 2 CO 3 CaCO NaCl Remoção de sais diferentes dos carbonatos Recarbonatação Adição de CO 2 para neutralizar o excesso de cal Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O

22 Precipitação Química Remoção de íons Mg 2+ Adição de cal virgem (CaO) Mg(HCO 3 ) 2 + Ca(OH) 2 MgCO 3 + CaCO 3 + 2H 2 O MgCO 3 + Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 + CaCO 3 MgCl 2 + Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 + CaCl 2 Adição de barrilha leve (Na 2 CO 3 ) MgSO 4 + Na 2 CO 3 + Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 + CaCO 3 + Na 2 SO 4 Recarbonatação Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O

23 Troca Iônica Reação química em que íons hidratados móveis de um sólido são trocados por íons de mesma carga numa solução Troca catiônica: os grupos carregados na matriz sólida são ânions Troca aniônica: os grupos carregados na matriz sólida são cátions Solução Íons móveis (carga oposta) Zeólitas Produtos naturais sulfonados Resinas poliméricas

24 SDVB

25 Troca Catiônica Indicado para água com baixa dureza A remoção dos íons Ca 2+ e Mg 2+ é efutuada pela passagem da água por um leito de resinas trocadoras de íons Alta eficiência para remoção de Ca 2+ e Mg 2+ Não há geração de lodo As resinas podem ser regeneradas Requer pré-tratamento da água Regeneração diária da resina Requer o tratamento do efluente O pré-tratamento da água é feito através de filtração em areia e carvão ativo A reativação da resina é feita pela passagem de solução saturada de cloreto de sódio (NaCl)

26 Troca Catiônica

27 Micro / Nanofiltração Utilização de membranas poliméricas como meio filtrante para retenção dos íons causadores da dureza Processo eficiente Não requer a utilização de produtos químicos Promove a remoção de outros contaminantes (orgânicos e inorgânicos Menor produção de água em relação aos demais processos Requer um nível elevado de pré-tratamento Alto custo operacional

28 Desmineralização Remoção de minerais dissolvidos em soluções aquosas pelo emprego de zeólitos ou resinas de troca iônica A substância a ser removida deve ser ionizável Substâncias não-ionizáveis (compostos orgânicos) devem ser removidas anteriormente

29 Osmose Reversa Processo de desmineralização de água atraves de membranas semipermeáveis. Utiliza altas pressões para conseguir reverter o processo espontâneo de osmose

30 Osmose Reversa No processo industrial, as membranas ficam numa forma espiral cilíndrica paea aumentar a área de passagem dos íons

31 Osmose Reversa

32 Processos de Desmineralização

33 Inibidores de Corrosão Mesmo após a desmineralização, ainda há concentrações muito pequenas de sais dissolvidos na água Sob altas pressões e temperaturas pode causar corrosão Risco de dano a equipamentos e tubulações Necessidade de Inibidores de Corrosão: produtos formulados para impedir a formação da célula eletroquímica Anódicos: reprimem a reação do anodo Catódicos: reprimem a reação do catado Adsorção: formam películas protetoras

34 Tratamento de Efluentes Efluente: água que apresenta alterações físicas, químicas ou biológicas acima dos padrões estabelecidos por lei Proveniente da lavagem de máquinas, tubulações e pisos; sistemas de resfriamento, geração de vapor. Não pode ser descartada diretamente Necessidade de tratamento Atender as características físico-químicas e biológicas segundo a legislação vigente Reúso Processos de tratamento: Tratamento preliminar Primário Físico Remoção do material mais grosseiro (trapos, sólidos plásticos, sólidos decantáveis (areia, gordura) Secundário Biológico Terciário Químico

35 Tratamento Preliminar Gradeamento Peneiramento Caixas de areia Caixas de gordura

36 Tratamento Primário Remoção de material em suspensão, não grosseiro, que flutue ou decante Emprego de equipamentos com maior tempo de retenção que no tratamento preliminar Decantadores Flotadores Produção de lodo primário ou crú Remoção de grande parte de matéria orgânica Sedimentação Filtração Flotação

37 Tratamento Secundário Remoção de sólidos finos, suspensos, que não decantam Utilização de micro-organismos que se alimentam desta matéria orgânica, transformando-a em sais minerais Bactérias: o tratamento consiste em manter condições favoráveis ao crescimento de colônias de bactérias capazes de biodegradar o efluente Aeróbio Matéria orgânica + O 2 Sais minerais + Energia Anaeróbio Matéria orgânica + N 2 ou SO 2 Sais minerais + Energia Facultativo Processos aeróbios e anaeróbios ocorrem simultaneamente

38 Sistemas Aquáticos

39 Lagoas Aeradas

40 Lodos Ativados

41 Tratamento Terciário Obtenção de efluentes de qualidade superior ao oferecido pelos tratamentos anteriores Varia de acordo com as características do efluente desejado Coagulação química Eletrocoagulação Micro/nanofiltração Osmose reversa Cloração Ozonização

42 ETE

43 Tratamento de Efluentes

44 Links de Interesse Ministério do Meio Ambiente Tera Ambiental Blog da empresa, especializada em tratamento de efluentes industriais Tratamento de Água - Portal de Informações, Comércio e Serviços sobre o setor de Abastecimento e Tratamento de Águas, Coleta e Tratamento de Efluentes Domésticos e Industriais e Assuntos de Meio Ambiente em Geral