UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO – UPF FACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA - FEAR

1. UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO – UPF FACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA - FEAR PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DISCIPLINA: TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS TRATAMENTO FÍSICO-QUÍMICO DE EFLUENTES Prof. Marcelo Hemkemeier Prof. Paulo Roberto Koetz PASSO FUNDO/RS SETEMBRO/2009

2. CONCEITOS BÁSICOS soluções (<10Å) • Dispersões dispersões coloidais (10-1000Å) suspensões (>1000Å) • Distribuição dos poluentes: sólidos dissolvidos Sólidos totais sólidos suspensos fixos voláteis fixos voláteis

3. CONCEITOS BÁSICOS • Aplicações no tratamento de efluentes: • Caracterização de efluentes; • Monitoramento da planta de tratamento; • Identificação da DBO nas diferentes fases; • Determinação da biomassa (sólidos voláteis – 70-85% dos sólidos totais);

4. CONCEITOS BÁSICOS • Escolha do tipo de tratamento físico-químico: • Relação DBO/DQO(Tendendo a 1 – proc. biológico) • Relação SSV/SV >80%: Decantação simples, flotação, precipitação química com coagulante ou variação de pH; • Relação SDV/SV >80%: Adsorção com carvão ativo, oxidação química, precipitação química com elevação de pH;

5. CONCEITOS BÁSICOS Hidrofílicos • Tipos de colóides Hidrofóbicos • Estado coloidal Sol Gel Emulsão Aerosol

6. CONCEITOS BÁSICOS • Reações de Oxi-Redução: provocam variação real ou teórica de um átomo • Oxidante: quem provoca a oxidação e por consequência se reduz (ganha elétrons); • Redutor: quem provoca a redução e por consequência se oxida (perde elétrons); • Potencial de Oxi-Redução (POR): é a medida da capacidade de oxidação ou redução de uma substância/efluente

8. CONCEITOS BÁSICOS • Produtos químicos utilizados: • Precipitantes químicos • Auxiliares de floculação Sulfato de alumínio (+cal) Cloreto férrico (+cal) Polieletrólito catiônico Cal Tanino Polímeros (aniônico, catiônico, neutro) Silica ativada

9. CONCEITOS BÁSICOS • Produtos químicos utilizados: • Correção de pH (efluente alcalino) • Correção de pH (efluente ácido) Gás carbônico Ácido sulfúrico Ácido clorídrico Cal hidratada Carbonato de cálcio Hidróxido de sódio

10. CONCEITOS BÁSICOS • Produtos químicos utilizados: • Oxidantes • Redutores Cloro Peróxido Ozônio Bissulfito de sódio Dióxido de enxofre Metabissulfito de sódio

11. CONCEITOS BÁSICOS • Produtos químicos utilizados: • Remoção de fósforo • Remoção de cor Sulfato de alumínio Cloreto férrico + cal Cal Cloro Ozônio Carvão ativo Coagulantes

12. CONCEITOS BÁSICOS • Utilização recomendável dos Processos Físico-Químicos: • Poluentes inorgânicos dissolvidos ou não; • Metais pesados; • Óleos e graxas; • Cor; • Matéria orgânica não biodegradável tóxica

13. CONCEITOS BÁSICOS • Mecanismo de escolha do processo de tratamento: RELAÇÃO DQO/DBO DQO < 2xDBO – Proc. Biológico DQO < 3-4xDBO – Proc. Físico-Químico

14. CONCEITOS BÁSICOS Tabela 1. Coagulantes mais usados

15. CONCEITOS BÁSICOS Tabela 2. Coadjuvantes/auxiliares mais usados

16. CONCEITOS BÁSICOS • Rotina para escolha do processo de tratamento: Amostra do efluente bruto Caracterização: DQO, DBO, sólidos Jar test Efluente tratado Cálculo da eficiência Análise de custos

17. COAGULAÇÃO • Mecanismos de coagulação: • Compressão da camada difusa; • Adsorção e neutralização de cargas; • Varredura; • Adsorção e formação de pontes;

18. COAGULAÇÃO • Compressão da camada difusa: • Introdução de um eletrólito de carga oposta a do colóide, aumentando a densidade de cargas na camada difusa, ocorrendo a coagulação por compressão da camada difusa; • Aspectos: quantidade de eletrólitos é independente da concentração de colóides e não é possível a reversão do processo; • Efeito eletrostático; • Mecanismo associado principalmente aos sais de Al e Fe.

19. COAGULAÇÃO • Adsorção e neutralização de cargas: • Espécies químicas capazes de adsorver na superfície do colóide, resultando em interações (ligações); • Estes fenômenos são superiores aos eletrostáticos; • Aspectos: dosagens menores para desestabilização; quantidades estequiométricas; possibilidade de reversão; • Importante quando remoção de partículas desestabilizadas ocorre em meio filtrante.

20. COAGULAÇÃO • Varredura: • Dependendo do pH, dosagem do coagulante poderá ocorrer a formação de precipitados (Al(OH)3 e Fe(OH)3) ; • Mecanismo utilizado quando a floculação é seguida de decantação ou flotação antes da filtração; • Aspectos: dosagens maiores, faixa de pH mais estreita; o potencial zeta mínimo não corresponde às regiões ótimas de coagulação.

21. COAGULAÇÃO • Adsorção e formação de pontes: • Mecanismo baseado na adsorção dos coagulantes à superfície das partículas coloidal, seguida pela redução da carga ou pelo “entrelaçamento” das partículas pelos polímeros ; • Coagulantes são polímeros naturais ou sintéticos de cadeia longa (polieletrólitos).

23. Comparação entre os mecanismos de coagulação

24. Diagrama de coagulação do sulfato de alumínio

25. Mecanismos de coagulação e floculação

26. COAGULAÇÃO • Mistura rápida entre o coagulante e o efluente provocando a hidrolisação, polimerização e reação com alcalinidade; • Formação do gel e desestabilização das cargas (potencial zeta tendendo a zero); • Tempo de reação = 1s; • Mistura: misturadores hidráulicos ou mecânicos; • Tempo de residência: 0,5 à 1,5min; • Gradiente de velocidade: 500-1500s-1.

27. COAGULAÇÃO

28. FLOCULAÇÃO • Unidade de mistura lenta; • Objetiva-se transformar o coágulo em partículas maiores, denominadas flocos; • Gradiente de velocidade: 20-80s-1; • Tempo de residência: 30min; • Uso de auxiliares de coagulação (polieletrólitos); • Floculadores hidráulicos ou mecânicos (velocidade não superior a 0,45m.s-1.

29. FLOCULAÇÃO

30. Estação compacta – sistema de flocodecantação seguido de filtração

31. Estação compacta – sistema de flocodecantação seguido de filtração

32. ELETRÓLISE • Histórico; • Eletrólise: Transformações químicas que ocorrem nos eletrodos e no meio onde estão inseridos pela passagem da corrente elétrica; • Tratamento eletrolítico: aplicação da eletrólise ao tratamento de efluentes; • O efluente é submetido uma diferença de potencial elétrico por conjuntos de eletrodos;

33. ELETRÓLISE • Mecanismos: • Eletrofloculação; • Eletroflotação; • Eletroxidação. • Eletrodo positivo: anodo; • Eletrodo negativo: catodo

34. ELETRÓLISE Arranjos de eletrodos

35. ELETRÓLISE Arranjos de eletrodos

36. ELETRÓLISE Arranjos de eletrodos

37. ELETRÓLISE • Aplicações do processo eletrolítico: • Remoção de metais; • Remoção de DQO/DBO (coagulável); • Remoção de substâncias recalcitrantes. • Efluentes: • Galvanoplastia; • Hospitalares; • Chorume; • Abatedouros; • Indústria petroquímica.

38. ELETRÓLISE • Principais vantagens: • Não geração de odores; • Menor área; • Facilidade e flexibilidade no controle do processo de tratamento; • Menor quantidade de lodo; • Remoção significativa de macronutrientes; • Baixo custo de implantação; • Ideal para pequenas vazões. • Principais desvantagens: • Custo de tratamento (alto consumo de energia e de eletrodos); • Dificuldade de remover DQO/DBO solúvel.

39. PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS - POA • Oxidar compostos orgânicos complexos a moléculas simples, ou até mesmo mineralizá-las • Baseado na geração de radical hidroxila (OH.), altamente oxidante e não seletiva.

41. PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS - POA • Classificação

42. PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS - POA • Processos Homogêneos : • Fotólise de peróxido de hidrogênio (H2O2/UV); • Ozonização (O3/H2O2;O3/UV;O3/H2O2/UV);

43. PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS - POA FENTON Fe2+ + H2O2 Fe3+ + OH- + HO. Fe3+ + H2O2 Fe2+ + HO2. + H+ HO. + RH R. + H2O R. + H2O2 ROH + HO. HO. + Fe2+ HO- + Fe3+

44. PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS - POA FOTO-FENTON Fe2+ + H2O2 Fe3+ + OH- + HO. Fe3+ + H2O + hv Fe2+ + HO. + H+ ( = 580 nm)

45. PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS • Principais utilizações: • Efluentes recalcitrantes (chorume, textil, químico); • Remoção de substâncias específicas (fenóis, HCN, H2S); • Biorremediação de solos.

46. ELETRODIÁLISE • O efluente é submetido uma diferença de potencial elétrico por dois eletrodos; • Existência de membranas seletivas; • Utilizada na dessalinização e desmineralização de águas; • Método promissor na eliminação de nitrogênio e fósforo; • Necessita pré-tratamento eficiente.

47. ELETRODIÁLISE

48. OSMOSE REVERSA • Aplicação de força superior a pressão osmótica da solução no compartimento de solução concentrada; • Aplicação restrita no tratamento de efluentes industriais; • Reuso; • Necessita pré-tratamento rigoroso.

49. OSMOSE REVERSA

50. OSMOSE REVERSA