Prof a : Gisele Fátima Morais Nunes Disciplina: PI II Turma: Módulo IV Departamento de Química Tratamento terciário de efluentes Aula 10 1 semestre de 2015 Níveis de tratamento EFLUENTE Temas de estudo 1. Níveis de tratamento 2. Classificação do tratamento terciário 3. Remoção de Nutrientes (N e P) 4. Adsorção: Carvão Ativado 5. Macrofiltração 6. Membranas 7. Osmose reversa 8. Troca Iônica 9. ( Cloração, Ozonização, UV) Nível de tratamento Tratamento terciário MECANISMOS FÍSICOS PRELIMINAR PRIMÁRIO Sólidos grosseiros Areia DBO em suspensão sedimentável Sólidos em suspensão sedimentáveis Nem sempre presente na ETE s Tratamento complementar Mais comum na indústria Tratamento físico-químico avançado MECANISMOS BIOLÓGICOS POLUENTES ESPECÍFICOS SECUNDÁRIO TERCIÁRIO DBO em suspensão fina DBO solúvel (sólidos dissolvidos) Eventualmente Nutrientes N e P Nutrientes Patogênicos Metais pesados Remoção de Nutrientes Nitrogênio Fósforo Compostos orgânicos dissolvidos Adsorção: Carvão ativado Sólidos Suspensos Macrofiltração Microfiltração Ultrafiltração Nanofiltração Sólidos Inorgânicos dissolvidos Osmose Reversa Troca Iônica Cloro Ozônio Radiação UV Sólidos inorgânicos dissolvidos
Nitrogênio Remoção Nutrientes 1 conversão de nitrogênio amoniacal em nitrato (NO 3- ): Nitrificação Tratamento secundário: bactérias Oxidação Reações lentas: maiores tempos de detenção Demanda oxigênio: aeróbias: tanques de aeração 2 conversão de NO 3- em N 2 : desnitrificação Redução Ampla faixa de bactérias anaeróbias e facultativas Exige fonte de carbono Condição anóxica N 2 borbulha no lodo para atmosfera Fósforo Remoção Nutrientes Remoção biológica Microrganismo pressionado pelo corte de fornecimento de oxigênio Armazena fósforo no material celular: além da necessidade absorção de luxo de fósforo Oxigênio reintroduzido repentinamente Remoção das células da corrente do líquido Retira grande parte do fósforo Fósforo Remoção química Remoção Nutrientes Exige completamente oxidado a ortofosofato: conversão microbiológica Produtos químicos aplicados: cal (Ca(OH) 2 ) e alumén (Al 2 O 3 ) Cal: ph alto: - Precipitado branco insolúvel hidroxiapatita: sedimentado e removido - Carbonato de cálcio: precipitado e removido Alúmen: Remoção por meios químicos ou biológicos 3 formas: ortofosfato, polifosfato e fósforo orgânico Dois últimos: 70% - Fosfato de alumínio pouco solúvel (AlPO 4 ) - Hidróxido de alumínio: sedimentam (Al(OH 3 ) - Ponto de dosagem decantador final Remoção de compostos orgânicos Carvão ativado Produzido a partir de produtos naturais com carbono Carvão e outros materiais vegetais Submetidos a temperaturas muito altas para ativação Material: ü elevado grau de porosidade ü grande superfície interna (500 a 1500m 2 /g) Adesão de moléculas de um fluido (o adsorvido) Superfície sólida (o adsorvente): Adsorção
Remoção de compostos orgânicos Carvão ativado Eficiência da adsorção depende Compatibilidade: - tamanho das moléculas a serem adsorvidas - tamanho dos poros Aplicação: Tratamento de água potável e industrial Eliminação de cor, turbidez, sabor, pesticidas e decloração Distribuição dos sólidos por tamanho Dissolvidos: capazes de passar num papel de filtro de tamanho especificado. Em suspensão: ficam retidos no papel de filtro. Coloidais: intermediários, a maioria passa também em papel de filtro. Macrofiltração Remoção de sólidos suspensos Remoção de partículas maiores que 1μ. Passagem perpendicular ao meio filtrante (areia, carvão, etc). Corrente de saída única. Meio filtrante: múltiplo único Limitação: Alto potencial de incrustação Segundo leito filtrante em série Barreira permeável e seletiva Microfiltração, ultrafiltração e nanofiltração Remoção de partículas de 0,001 a 1μ Método de filtração: tangencial Alimentação pressurizada Remoção de sólidos suspensos Membranas Flui paralelamente a superfície da membrana 2 Correntes de saída: ü Líquido concentrado (sólidos suspensos) ü Líquido permeado (produto) Limitação: Fouling soluto ou partículas se depositam na superfície ou nos poros da membrana reduz o desempenho da membrana
Nanofiltração Remoção de sólidos suspensos Utiliza membranas poliméricas: retenção dos íons Eficiência elevada Desvantagens: Baixa produção de água Nível elevado de pré-tratamento Geração de corrente de concentrados Alto custo operacional Osmose Remoção de sólidos dissolvidos Fenômeno natural físico-químico 2 soluções de concentrações diferentes Remoção de sólidos dissolvidos Osmose Reversa (OR) Inversão no sentido de fluxo Aplicação de pressão maior do que a pressão osmótica natural Exemplo: água pura e água salobra Membrana permitirá apenas a passagem de solvente (água pura) Separadas por uma membrana semipermeável Permeável para solventes e impermeável para solutos Fluxo natural de água pura para a água concentrada Até o equilíbrio osmótico retendo os solutos (sais dissolvidos e contaminantes) ntes) Água obtida: ultrapura Usada para remover sais da água Pode remover também sílica e material orgânico coloidal
Remoção de sólidos dissolvidos Osmose Reversa (OR) Aplicação: Cidades, indústrias, comércio, plataforma de petróleo, hospitais. Recuperação de proteínas de queijo, concentração de suco, café, chá. Limitação: pré-tratamento problemas de incrustações degradação da membrana (temperatura, cloro) Troca iônica Remoção de sólidos dissolvidos Troca: íons presentes em solução (contaminantes) e íons presentes na resina Base: Resina capaz de trocar seus íons fracamente ligados Íons provindos da solução aquosa Resina e solução aquosa: em contato Exemplo: Matriz polimérica (Resina Catiônica) Troca iônica Utilizada para águas com baixa dureza Grande eficiência de remoção dos íons de dureza Possibilidade de regeneração da resina Remoção de sólidos suspensos Troca iônica Remoção de sólidos dissolvidos Cuidados: água de alimentação livre de cloro e matéria orgânica Pré-tratamento em filtro de areia e carvão ativado Vantagens: Não forma lodo Desvantagens: Requer pré-tratamento de água Saturação da resina à regeneração Tratamento do efluente da regeneração da resina Regeneração: solução saturada de cloreto de sódio
Objetivo principal Destruir os patogênicos Podem estar presentes no efluente tratado Tornar a água receptora segura para uso posterior Importância: Contato humano com águas contaminadas por esgoto doméstico Organização Mundial da Saúde (OMS) Principal fonte de proliferação de doenças graves causadas por microrganismos Mecanismos: Agentes químicos: Cloro e Ozônio Agentes Físicos: meios mecânicos ou radiação (UV) Cloração Desinfetante de ação rápida Mais barato Mais usado Ação Líquido ou gasoso Difusão através da parede celular Riscos na manipulação Age sobre os elementos vitais no interior da célula Enzimas, proteínas, DNA e RNA. Deixa residual Estudos: cloro e subprodutos Tóxicos para a vida aquática e efeitos negativos na qualidade da água Presença de trialometanos: reações com compostos orgânicos: cancerígenos Substituído por processos alternativos Geram menos toxicidade nos efluentes descartados
Alto poder oxidante Ozonização Ozônio: Diminui muito as concentrações e o tempo necessário para a desinfecção Poder desinfetante: 10 vezes superior ao cloro Subprodutos orgânicos da ozonização: praticamente não há Meia vida na água é de apenas alguns minutos Decairá a oxigênio mesmo antes do efluente ser descartado Não causa impacto ambiental Para todos os tipos de microrganismos Produzido no local de sua aplicação A partir do ar ambiente Não necessita compra, transporte, armazenagem e manipulação de insumos Geração automática: custo de operação inferior ao do uso de produtos químicos Ozonização Mecanismo: Geração de Ozônio: a partir de oxigênio quando submetido a descargas elétricas de alta tensão, 10.000 a 20.000 volts. Destruição dos microrganismos: - ozônio mais oxidante: age diretamente na parede celular: ruptura - demandando menor tempo de contato - impossível reativação Ozonização Ultravioleta Eficiente germicida Não forma compostos tóxicos Simplicidade de operação e funcionamento instalação em espaço físico reduzido Mecanismo Físico Energia ultravioleta: absorvida diferentes componentes Alterações estruturais: DNA das células Processo de divisão celular: duplicação do DNA Estrutura formada pela absorção de radiação UV: não reconhecida Interrompe processo de duplicação Célula manter temporariamente atividades metabólicas Não consegue se reproduzir Inativação e não a morte dos microrganismos
Ultravioleta Ultravioleta Referências bibliográficas GAUTO, M. A.; ROSA, G. Processos e Operações Unitárias da Indústria Química. Ciência Moderna, 2011. TELLES, D. A.; COSTA, R. H. P. G.. Reuso da água: conceitos, teorias e práticas. 1.ed. São Paulo: Edgard Blucher, 2007. v. 1500. 311 p. VESILIND, P. A.; MORGAN, S. M. Introdução à Engenharia ambiental. Tradução da 2ª edição norte-americana. São Paulo: Cengage Learning, 2011. 456p. BILOTTA, P.; DANIEL, L. A. Utilização de lâmpadas germicidas na desinfecção de esgoto sanitário. Ambiente & Água, Taubaté, v. 7, n. 1, p. 120-129, 2012. LAPOLLI, F. R.; HASSEMER, M. E. N.; DE OLIVEIRA, E. C. M. ; BASSANI, L. ; DAMÁSIO, D. L. Estudo comparativo dos processos de desinfecção em efluentes domésticos: ozônio, radiação ultravioleta e dióxido de cloro. 22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental. 14 a 19 de Setembro, 2003 Joinville, Santa Catarina. LOBO, M. G. Avaliação da desinfecção de água por reator utilizando radiação ultravioleta. Universidade da Região de Joinville. Dissertação de Mestrado, Joenville (SC), 2008. DE MONTALVÃO, A. F. F. ; JUNQUEIRA, N. N. F. Aplicação de ozônio na desinfecção do efluente de uma indústria automobilística. Revista de Ciência & Tecnologia, v.8, n1, 2008.