Processos eletroquímicos para o tratamento de água visando o reúso de água industrial
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- Emanuel Cabral Amorim
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1 Processos eletroquímicos para o tratamento de água visando o reúso de água industrial Andréa Moura Bernardes amb@ufrgs.br 2013
2 Porto Alegre
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4 Recursos Hídricos no Brasil
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7 EVOLUÇÃO DA POPULAÇÃO Habitantes em 2012: 200 milhões de habitantes urbanos: 168 milhões de habitantes rurais: 32 milhões de habitantes Habitantes em 1950: 52 milhões de habitantes urbanos : 19 milhões de habitantes rurais : 33 milhões de habitantes
8 Múltiplos Usos da Água
9 Tensões e conflitos pelo uso compartilhado da água
10 Conflito pelo uso das água
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12 Múltiplos Usos da Água
13 A qualidade das águas utilizadas para o abastecimento público não apresenta muitas vezes características compatíveis com as necessárias a um uso industrial. Para cada uso específico da água devem ser estabelecidos parâmetros de qualidade adequados. Desta forma, um tratamento de potabilização da água pode não ser o mais adequado para o uso em processos que exijam água desmineralizada. A gestão de águas mais eficiente é aquela que aplica um tratamento de águas compatível com o uso subseqüente.
14 Variáveis de Qualidade da Água Variáveis Físicas Variáveis Químicas Variáveis Microbiológicas Variáveis Toxicológicas
15 Aplicações da Água Reciclada (em função da qualidade da água reciclada ) Irrigação paisagística Irrigação de campos para cultivos Usos industriais: refrigeração, alimentação de caldeiras, água de processamento. Recarga de aqüíferos Usos urbanos não-potáveis: irrigação paisagística, combate ao fogo, descarga de vasos sanitários, sistemas de ar condicionado, lavagem de veículos, lavagem de ruas e pontos de ônibus, etc. Finalidades ambientais: aumento de vazão em cursos de água, aplicação em pântanos, terras alagadas, indústrias de pesca. Usos diversos: aqüicultura, construções, controle de poeira, dessedentação de animais.
16 Aplicações da Água Reciclada (em função da qualidade da água reciclada ) Irrigação paisagística Irrigação de campos para cultivos Usos industriais: refrigeração, alimentação de caldeiras, água de processamento. Recarga de aqüíferos Usos urbanos não-potáveis: irrigação paisagística, combate ao fogo, descarga de vasos sanitários, sistemas de ar condicionado, lavagem de veículos, lavagem de ruas e pontos de ônibus, etc. Finalidades ambientais: aumento de vazão em cursos de água, aplicação em pântanos, terras alagadas, indústrias de pesca. Usos diversos: aqüicultura, construções, controle de poeira, dessedentação de animais.
17 Processos de tratamento de águas e efluentes qualidade inicial da água/efluentes o fim a que se destina padrões estabelecidos na legislação.
18 Processos Convencionais de Tratamento de Efluentes Processos Físico-Químicos: Coagulação/ Floculação/ Sedimentação/ Flotação Processos Biológicos: Aeróbios e Anaeróbios Lodos Efluentes tratados Lodos Efluentes tratados Qualidade para Reúso?? (COT, SD, SS, ST...)
19 Processos de Tratamento de Efluentes visando REÚSO Processos de Membranas Processos Oxidativos Avançados
20 Processos de Tratamento de Efluentes visando REÚSO Processos de Membranas Processos Oxidativos Avançados
21 PROCESSOS DE SEPARAÇÃO COM MEMBRANAS PROCESSO FORÇA MOTRIZ RETIDO PERMEADO Microfiltração ΔP (0,5 a 2 bar) Material em Suspensão, bactérias (M > , 0,01µm) Ultrafiltração ΔP (1 a 7 bar) Colóides, macromoléculas (M > 2000) Água e Sólidos Dissolvidos Água, sais e compostos de baixa massa molar Nanofiltração ΔP (5 a 25 bar) Moléculas (300<M<2000) Água, sais e compostos de baixa massa molar Osmose Reversa ΔP (15 a 80 bar) Todo material solúvel ou em suspensão Água, solvente Diálise ΔC Substâncias com M>5000 Íons e orgânicos de baixa massa molar Eletrodiálise ΔE Água e compostos não iônicos Íons
22 PROCESSOS DE SEPARAÇÃO COM MEMBRANAS PROCESSO FORÇA MOTRIZ RETIDO PERMEADO Microfiltração ΔP (0,5 a 2 bar) Material em Suspensão, bactérias (M > , 0,01µm) Ultrafiltração ΔP (1 a 7 bar) Colóides, macromoléculas (M > 2000) Água e Sólidos Dissolvidos Água, sais e compostos de baixa massa molar Nanofiltração ΔP (5 a 25 bar) Moléculas (300<M<2000) Água, sais e compostos de baixa massa molar Osmose Reversa ΔP (15 a 80 bar) Todo material solúvel ou em suspensão Água, solvente Diálise ΔC Substâncias com M>5000 Íons e orgânicos de baixa massa molar Eletrodiálise ΔE Água e compostos não iônicos Íons
23 Eletrodiálise em planta piloto
24 Ensaio de ED - Planta-Piloto Stack Tecnoimpianti modelo TI-1624 Painel de Controle Reservatórios 24
25 Ensaio de ED Painel de Controle 10 V Controle de Corrente Controle de Condutividade 25
26 Ensaio de ED Reservatórios 2,5 L 100 L/h 26
27 Ensaio de ED Stack Ionics Aniônica 170cm² Catiônica Ti/Pt 27
28 Ensaio de ED Stack 10 V Eletrodo Aniônica Catiônica Separadores 28
29 MEMBRANAS ÍON-SELETIVAS CATIÔNICA NAFION 450 (DuPont) Grupo funcional negativo SO 3 - [(CF2 CF2)m CF CF2]n (OCF2 CF)p O(CF2)q SO3 - H+ CF3 ANIÔNICA SELEMION AMV (Asahi Glass) Grupo funcional positivo NH 3 + CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH2 N+R3. Cl- CH2 CH2 CH CH2 CH2N+R3. Cl-
30 Sistema de eletrodiálise Solução concentrada - + Cátodo Ânion Cátion Ânodo Membrana aniônica Solução diluída Membrana catiônica -
31 Processos de Tratamento de Efluentes visando REÚSO Processos de Membranas Processos Oxidativos Avançados
32 Processos Oxidativos Avançados (POAs) Potencial eletroquímico dos agentes oxidantes mais utilizados. Agente Oxidante Potencial Eletroquímico (V) Flúor 3,06 Radical Hidroxila 2,80 Oxigênio (atômico) 2,42 Ozônio 2,08 Peróxido de hidrogênio 1,78 Hipoclorito 1,49 Cloro 1,36 Dióxido de cloro 1,27 Oxigênio (molecular) 1,23
33 POAs (FORMAÇÃO DO RADICAL HIDROXILA) Ozônio + radiação ultravioleta (O 3 /UV) Ozônio e peróxido de hidrogênio, na ausência (O 3 /H 2 O 2 ) ou presença de radiação ultravioleta (O 3 /H 2 O 2 /UV), ou simplesmente utilizando-se um meio fortemente alcalino (O 3 /ph elevado). Peróxido de hidrogênio + radiação UV Peróxido de hidrogênio e sais ferrosos (Reagente de Fenton) Foto-Fenton Ultrassom (clivagem da molécula de água com formação de radicais hidroxila). Fotocatálise heterogênea (TiO 2 /UV) Fotoeletrooxidação (Eletrólise + Fotocatálise heterogênea)
34 POAs (FORMAÇÃO DO RADICAL HIDROXILA) Ozônio + radiação ultravioleta (O 3 /UV) Ozônio e peróxido de hidrogênio, na ausência (O 3 /H 2 O 2 ) ou presença de radiação ultravioleta (O 3 /H 2 O 2 /UV), ou simplesmente utilizando-se um meio fortemente alcalino (O 3 /ph elevado). Peróxido de hidrogênio + radiação UV Peróxido de hidrogênio e sais ferrosos (Reagente de Fenton) Foto-Fenton Ultrassom (clivagem da molécula de água com formação de radicais hidroxila). Fotocatálise heterogênea (TiO 2 /UV) Fotoeletrooxidação (Eletrólise + Fotocatálise heterogênea)
35 Fotoeletrooxidação (A) formação dos radicais hidroxilas ( OH) na superfície do eletrodo (B) oxidação dos compostos orgânicos Bertazzoli, R.; Pelegrini, R., Descoloração e Degradação de Poluentes Orgânicos em Soluções Aquosas através do Processo Fotoeletroquímico, Química Nova, vol. 35, p , 2002
36 Vantagens POAs: Não trocam o contaminante de fase, e sim o transformam quimicamente; possibilidade de mineralização completa (destruição) do contaminante. Desvantagens POAs: Formação de subprodutos de reação; podem necessitar de grande tempo de retenção; custo elevado quando comparado, por exemplo, aos processos biológicos.
37 Fotoeletrooxidação
38 TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS Membranas Eletrodiálise Nanofiltração Processos Oxidativos Avançados Fotoeletrooxidação Eletrólise
39 TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS Águas Potáveis Drenagem Ácida de Minas Efluentes contendo metais Efluentes de Curtume Efluentes de Refinaria Efluentes da Produção de Coque Efluentes contaminados com Fenóis Efluentes de Vinícolas Efluentes contendo Surfactantes BOSKO, M. L. ; RODRIGUES, M. A. S. ; FERREIRA, J. Z. ; Eduardo Miro ; Bernardes, Andréa Moura. Nitrate reduction of brines from water desalination plants by membrane electrolysis. Journal of Membrane Science (Print), v. 451, p , 2013.
40 SANEPAR - ADRIANÓPOLIS SANEPAR - CURITIBA
41 Membranas TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS Águas Potáveis Drenagem Ácida de Minas Efluentes contendo metais Efluentes de Curtume Efluentes de Refinaria Efluentes da Produção de Coque Efluentes contaminados com Fenóis Efluentes de Vinícolas Efluentes contendo Surfactantes Buzzi, D. C. ; Viegas, L. S. ; RODRIGUES, M. A. S. ; BERNARDES, A. M. ; Tenório, Jorge A.S.. Water recovery from acid mine drainage by electrodialysis. Minerals Engineering, v. 40, p , 2013.
42 TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS Águas Potáveis Drenagem Ácida de Minas Efluentes contendo metais Efluentes de Curtume Efluentes de Refinaria Efluentes da Produção de Coque Efluentes contaminados com Fenóis Efluentes de Vinícolas Efluentes contendo Surfactantes Marder, Luciano, Ortega Navarro, Emma M., Pérez-Herranz, Valentín, Bernardes, Andréa Moura, FERREIRA, Jane Zoppas. Chronopotentiometric study on the effect of boric acid in the nickel transport properties through a cation-exchange membrane. Desalination (Amsterdam)., v.249, p , Cifuentes, Gerardo ; CAYO, C. H. ; M. A. S. Rodrigues ; Bernardes, Andréa Moura. Sodium isopropyl xanthate degradation by advanced oxidation processes. Minerals Engineering, v. 45, p , 2013.
43 TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS Águas Potáveis Drenagem Ácida de Minas Efluentes contendo metais Efluentes de Curtume Efluentes de Refinaria Efluentes da Produção de Coque Efluentes contaminados com Fenóis Efluentes de Vinícolas Efluentes contendo Surfactantes BERNARDES, A. M., RODRIGUES, M A S, AMADO, F D R, XAVIER, J L N, STREIT, K, FERREIRA, J Z. APPLICATION OF PHOTOELECTROCHEMICAL-ELETRODIALYSIS TREATMENT FOR THE RECOVERY AND REUSE OF WATER FROM TANNERY EFFLUENTS. Journal of Cleaner Production., v.16, p , Streit, Katia F., FERREIRA, Jane Zoppas, Bernardes, Andréa Moura, Norberta De Pinho, Maria. Ultrafiltration/Nanofiltration for the Tertiary Treatment of Leather Industry Effluents. Environmental Science & Technology., v.43, p , Streit, Katia F. ; Gerevini, G. ; RODRIGUES, M. A. S. ; FERREIRA, Jane Zoppas ; BERNARDES, A. M. ; de Pinho, Maria Norberta. Electrodialysis in an Integrated NF/ED Process for Water Recovery in the Leather Industry. Separation Science and Technology (Print), v. 48, p , 2013.
44 TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS Águas Potáveis Drenagem Ácida de Minas Efluentes contendo metais Efluentes de Curtume Efluentes de Refinaria Efluentes da Produção de Coque Efluentes contaminados com Fenóis Efluentes de Vinícolas Efluentes contendo Surfactantes
45 REGAP MG PETROBRÁS
46 TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS Águas Potáveis Drenagem Ácida de Minas Efluentes contendo metais Efluentes de Curtume Efluentes de Refinaria Efluentes da Produção de Coque Efluentes contaminados com Fenóis Efluentes de Vinícolas Efluentes contendo Surfactantes KORZENOWSKI, Christa, Minhalma, Miguel, Bernardes, Andréa M., FERREIRA, Jane Zoppas, de Pinho, Maria Norberta. Nanofiltration for the treatment of coke plant ammoniacal wastewaters. Separation and Purification Technology (Print)., v.76, p , 2011.
47 TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS Águas Potáveis Drenagem Ácida de Minas Efluentes contendo metais Efluentes de Curtume Efluentes de Refinaria Efluentes da Produção de Coque Efluentes de Vinícolas Efluentes contendo Surfactantes Efluentes contaminados com Fenóis Vásquez-Garzón, Mónica Lucía, Bonotto, Giancarlo, Marder, Luciano, Zoppas Ferreira, Jane, Bernardes, Andréa Moura. Transport properties of tartrate ions through an anion-exchange membrane. Desalination (Amsterdam)., v.263, p , GIACOBBO, A. ; Oliveira, M. ; Duarte, Elizabeth ; Mira, H. M. C. ; Bernardes, Andréa Moura ; de Pinho, Maria Norberta. Ultrafiltration Based Process for the Recovery of Polysaccharides and Polyphenols from Winery Effluents. Separation Science and Technology (Print), v. 48, p , GIACOBBO, A. ; Bernardes, Andréa Moura ; de Pinho, Maria Norberta. Nanofiltration for the Recovery of Low Molecular Weight Polysaccharides and Polyphenols from Winery Effluents. Separation Science and Technology (Print), v. 48, p , 2013.
48 TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS Águas Potáveis Drenagem Ácida de Minas Efluentes contendo metais Efluentes de Curtume Efluentes de Refinaria Efluentes da Produção de Coque Efluentes de Vinícolas Efluentes contendo Surfactantes Efluentes contaminados com Fenóis KORSENOWSKI, C. ; Miguel B.O. Martins ; Bernardes, Andréa Moura ; Zoppas Ferreira, Jane ; Elizabeth C.N.F. Duarte ; Maria Norberta Correia de Pinho. Removal of anionic surfactants by nanofiltration. DESALIN WATER TREAT, v. 44, p , 2012.
49 TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS Águas Potáveis Drenagem Ácida de Minas Efluentes de Galvanoplastia Efluentes de Curtume Efluentes de Refinaria Efluentes da Produção de Coque Efluentes de Vinícolas Efluentes contendo Surfactantes Efluentes contaminados com Fenóis XAVIER, J L N, NAVARRO, Emma Ortega, FERREIRA, J Z, Bernardes, Andréa Moura, HERRANZ, Valentin Perez. An electrochemical Study of Phenol Oxidation in Acidic Medium. International Journal of Electrochemical Science, v.6, p , 2011.
50 TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS Membranas Eletrodiálise Nanofiltração Processos Oxidativos Avançados Fotoeletrooxidação Eletrólise
51 GRACIAS!
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