P&D na PUC-Rio em Trat. Águas e Efluentes e Possibilidades de Projetos Visando ao Reuso Abril 2008

Transcrição

1 Departamento de Ciência dos Materiais e Metalurgia P&D na PUC-Rio em Trat. Águas e Efluentes e Possibilidades de Projetos Visando ao Reuso Abril 2008 Luiz Alberto Cesar Teixeira Professor Associado da PUC-Rio e Consultor da Peróxidos do Brasil teixeira@puc-rio.br

2 Técnicas Empregadas Oxidação Química (direta e avançada) Áreas de atuação: Descontaminação de Efluentes Industriais Tratamento de Soluções de Processos Tratamento de Águas

3 Tratamento Oxidativo de Águas e Efluentes Conversão de poluentes em produtos finais não-poluentes Conversão poluentes em substâncias bio-degrad degradáveis Tratamento pós-biológico de poluentes recalcitrantes Precipitação de certos metais pesados Remoção de cor e odor Ação biocida sobre micróbios e algas

4 Escolha de Oxidantes no Caminho para a Produção + Limpa Oxidantes Contaminantes Cloro / Hipoclorito Ácido Nítrico / Nitratos Permanganato Oxidantes Limpos Oxigênio Ozônio Peróxido de Hidrogênio Processos de Oxidação Avançada (Radicais HO. )

5 Características dos Oxidantes Limpos Oxidante e o (V) S água (mg/l) Preço Investimento capacidade capacidade Oxidante em gerador oxidativa cinética (*) US$/t do oxidante (ar compr) sim H HO sim O sim (*) Capacidade Cinética >>>> -d[contaminante]/dt = k [Contaminante] α [Oxidante] β

6 Oxidantes baseados em H 2 H 2 O (Aplicação 2 Direta) H 2 SO 5 (Ácido de Caro) Processos Oxidativos Avançados ados (POA s) Fenton (Fe 2+ + H 2 ) Foto-Ativado (UV + H 2 ) Ozônio + H 2 Ácido Peracético - Proxitane

7 Peróxido de Hidrogênio H 2 - Estocagem e dosagem simples (produto líquido) l - Miscibilidade total em água - Elevado Potencial Redox H 2 + 2H + + 2e - = 2H 2 O e o = V - Não-contaminante e não persistente Benefícios Ambientais e em Reuso de Águas - Produto fabricado no Brasil em grande escala

8 Fábrica da Peróxidos do Brasil em Curitiba Capacidade: : t/a H 2 a 100%

9 Aplicação Direta Alvos: Cianetos, Sulfetos, Sulfitos, Nitritos, DQO, Metais Pesados

10 POA Fenton Fe 2+ + H 2 Fe 3+ + OH - + HO. Fe 3+ + H 2 Fe 2+ + H + + HO. 2 Fe OH - Fe(OH) 3 (s) Alvos: Fenóis, Corantes, Derivados de Petróleo, DQO, recalcitrantes

11 POA Ozônio + Peróxido H O HO. Alvos: Amônia, Corantes, Recalcitrantes em geral

12 POA / H 2 Foto-Ativado com UV H 2 + υ (UV λ = 254 nm ) 2 HO. λ = Alvos: Fenóis, Corantes, DQO, recalcitrantes em geral

13 Reações Químicas de Aplicações Específicas Aplicação Remoção de Ferro (Oxidação / Precipitação): Remoção de Manganês (Oxidação / Precipitação): Remoção de Arsênio (Oxidação / Precipitação): Remoção de Selênio (Oxidação / Precipitação): Remoção de Matéria Orgânica Natural ou Sintética (Oxidação Simples e/ou Avançada): Oxidação de Sulfetos e H2S Oxidação de Sulfito: Oxidação de Hipoclorito: Oxidação de Nitrito: Redução de Bromato: Reação Fe 2+ + ½ H OH - Fe(OH) 3 (s) Mn 2+ + H OH - Mn (s) + 2 H 2 O AsO H 2 2 H + + AsO Fe2+ + H H+ 2 Fe H2O Fe 3+ + AsO 3-4 FeAsO 4 (s) Ca 2+ + AsO 3-4 Ca 3 (AsO 4 ) 2 (s) Ca 2+ + SeO H 2 = CaSeO 4 (s) + H 2 O C x H y O z + w ( H 2 ou HO. ) a C + b H 2 O H 2 S + 4 H 2 SO H 2 O + 2H + HS H 2 SO H 2 O + H + S H 2 SO H 2 O SO H 2 SO H 2 O ClO - + H 2 Cl - + H 2 O + N - + H 2 NO H 2 O BrO H 2 Br H 2 O + 3

14 Organismos Vivos e Metabólitos Controle de Cianobactérias (Algas Verdes- Azuis) (Oxidação): Remoção de MIB e Geosmina (Oxidação Avançada): Baixas dosagens de H2O2 aplicado diretamente sobre o espelho d água de reservatórios evita a proliferação de cianobactérias tóxicas. Em termos de oxidação química, apenas os processos de oxidação avançada são capazes de remover MIB e Geosmina. Remoção de Toxinas Extracelulares (Oxidação Avançada): Em termos de oxidação química, apenas os processos de oxidação avançada são capazes de oxidar as toxinas dissolvidas. Controle de moluscos mexilhão dourado (Oxidação): Baixas dosagens de H2O2 conjugadas a condições hidrodinâmicas podem evitar a proliferação do mexilhão dourado em reservatórios dutos e equipamentos.

15 ETA da PWN de Andijk em Enkhuizen (norte da Holanda) Figura 1: Canal de captação de água bruta do lago Ijssel que recebe contribuição de água do Rio Reno Figura 2: Alimentação da Coagulação

16 Figura 3: Filtração após coagulação, floculação e decantação Figura 4: Quatro Foto-reatores com UV + H 2 em série em uma das 3 linhas. Figura 5: Detalhe do Foto-reator UV

17 Figura 6: Área de descarga do tanker de H 2 Figura 7: Tanque de estocagem de H 2 Figura 8: Tanque de estocagem de H 2

18 Pré-Tratamento Oxidativo e Algicida em Represas H 2 no Tratamento de Água Potável SABESP / SP 20 milhões de habitantes atendidos.

19 SABESP Represa Rio Grande

20 Projetos desenvolvidos em Tratamento de Águas e Efluentes Industriais Remoção de As Fe + H2O2 Remoção de CN (*) H2O2, Ácido de Caro, e UV + H2O2 Remoção de U H2O2 Remoção de Fe/CN UV + H2O2 Remoção de Cr H2O2 + NaOH Remoção de Fenóis Fe + H2O2 / UV + H2O2 Remoção de Corantes Reat s Fe + H2O2 / UV + H2O2 Remoção de Hidrazina H2O2 Remoçao de Mn (*) H2O2 Remoção de Amônia (*) Ácido de Caro Remoção de Boro (*) Adsorção Trat. Água de Torres de Resfr. (*) H2O2 vs Cloro (*) Em co-orientação com Profa. Lidia Yokoyama / EQ-UFRJ

21 Exemplo de Resultados

22 Exemplo do poder da Oxidação Avançada ada - Abatimento de DQO e Cor de Efluente Proveniente de Trat.. Biológico Antes Após tratamento com Sistema Fenton