5 processos químicos unitários

ERNA | 4º ano @2012

5. Processos Químicos Unitários

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5.Operações Químicas UnitáriasOperações e processos

Operações químicas

Os processos químicos usados no tratamento de águas residuais são concebidos de forma a promover alterações nos poluentes, promovendo reacções químicas.

São usados em conjunção com operações físicas unitárias e processos biológicos

Tem uma desvantagem relativamente aos processos físicos porque são processos aditivos Existe um aumento nos constituintes

dissolvidos na água Factor importante se se considerar a

reutilização da água

Processos considerados: precipitação química, adsorção, desinfecção, remoção do cloro e outras aplicações.

O que são processos Quimicos?

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Operações e processos químicos

Precipitação química

(a) Precipitação químicaAntes da sedimentaçãoPromove a floculação de solidos

finamente divididos, em flocos com maior capacidade de sedimentação

Promove a eficiência da remoção e tratamento dos sólidos suspensos, da CBO, do fósforo (quando comparado com a sedimentação isolada, sem coagulação).

5.Operações Químicas Unitárias

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(a) Precipitação químicaO grau de clarificação obtido depende

da quantidade de químicos usados e o cuidado com que o processo é gerido

A selecção de coagulantes para o aumento da sedimentação é baseado no desempenho, fiabilidade e custo.

A avaliação do desempenho usa testes da água residual para determinar doses e efectividade

Os coagulantes químicos que são usados são Sulfato de alumínio (Al2(SO4)3.14.3

H2O), Cloreto de ferro (FeCl3.6H2O), Sulfato ferrico (Fe2(SO4)3), Sulfato ferroso (FeSO4.7H2O) e cal (Ca(OH)2). Polielectrolitos Organicos


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A remoção de sólidos suspensos através do tratamento químico envolve uma série de três operações unitárias: mistura rápida, floculação e sedimentação.

Mistura rápida: o químico é adicionado e disperso completamente pela água durante 20 a 30 segundos numa bacia com um misturador de turbina.

As partículas coaguladas são juntas através de floculação, induzindo gradientes de velocidade dentro do líquido de forma mecânica .A floculação demora 15 a 30 minutos numa bacia que contenha misturadores de turbina ou de pás.

O passo final é a clarificação por gravidade


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As vantagens da coagulação incluem uma maior eficiência de remoção, a possibilidade de usar maiores taxas de tratamento, e um desempenho mais consistente.

Por outro lado a coagulação resulta numa maior produção de lamas cuja desidratação e redução de volume é mais difícil.

Também envolve maiores custos operacionais e exige mais atenção da parte do operador.


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Sistemas de tratamento de águas residuaisOperações e processos físicos

Gradagem

Fragmentação

Equalização dos fluxos

Sedimentação


Adsorção com carvão activado

(b) Adsorção com carvão ativado

É um processo que colecta as substâncias solúveis fazendo-as contactar com uma interface adequada

O carvão activado é produzido aquecendo carvão a uma alta temperatura e activando-o pela exposição a um gás oxidante. O gás desenvolve uma estrutura porosa no carvão, criando uma grande área superficial.

O carvão ativado pode ser separado em vários tamanhos com diferentes capacidades de adsorção

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Sistemas de tratamento de águas residuaisOperações e processos físicos

Gradagem

Fragmentação

Equalização dos fluxos

Sedimentação


Adsorção com carvão activado

(b) Adsorção com carvão activado

Uma coluna fixa é usada usualmente para promover o contacto da água com o carvão activado. A água é aplicada no topo da coluna e removida na base, com o carvão fixo. A limpeza em fluxo oposto e a limpeza superficial são aplicadas.

o carvão activado pode ser regenerado pela remoção da matéria orgânica adsorvida através da oxidação num forno

No tratamento de águas residuais, a adsorção com carvão activado – interface sólida – segue normalmente o tratamento biológico e tem por objectivo remover os compostos organicos dissolvidos que sobraram. A matéria particulada presente na água também pode ser removida

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Operações e processos


Tratamento de águas residuais usando Carvão activado envolve a adição do pó directamente para o tratamento biológico de efluentes ou o processo de tratamento físico-químico, como seja o caso. PAC é geralmente adicionado à águas residuais numa bacia contactando para um determinado período de tempo.

Em seguida, é deixada em repouso para o fundo do tanque e removido. A remoção do carbono em pó pode ser facilitada pela adição de coagulantes polielectrólitos ou a filtração através de filtros granular-médios.

O maior problema com a utilização de carvão activado em pó é a de que a metodologia para a sua regeneração não está bem definida


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(c) DesinfecçãoRefere-se à destruição selectiva de

micro-organismos que causem doenças.

O processo é importante porque as águas residuais domésticas têm muitos micro-organismos associadas com doenças .

Agentes de desinfecção: Agentes físicos – calor e luz, radiação

(raios gama) Meios mecânicos – filtração, etc. Agentes químicos – incluindo cloro e

compostos associados, bromo, iodo, ozono, compostos fenólicos, alcoois, metais pesados, sabões, detergentes sintéticos, alcalinos e ácidos, peroxido de hidrogenio, etc.


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(c) DesinfecçãoO cloro quando colocado na água

tem a capacidade de penetrar atraves das paredes das celulas e atingir as partes vitais das bactérias, matando-as.

Mecanismos: destruição da parede da célula, alterando a permeabilidade da célula, inibindo a actividade enzimátia, alterando a natureza coloidal do protoplasmo

Na aplicação de agentes desinfectantes tem que ser considerados diferentes factores: tempo de contacto, concentração e tipo de agente químico, intensidade e natureza do agente físico, temperatura, numero de organismos, e natureza do liquido em suspensão


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(d) Remoção de cloroPara evitar a formação de compostos

organoclorados, compostos estes que têm impactos de longos prazo na saude humana e nos ecossistemas

Remoção de resíduos de cloro (livres e combinados) do efluente, antes da sua reutilização ou descarga para as águas de recepção.

Os compostos clorados reagem com muitos compostos orgânicos e produzem compostos tóxicos que causam impactos adversos de longo-termo - organoclorados

Pode ser conseguida a partir da utilização de carvão activado ou pela adição de um agente de redução como o dióxido de enxofre (SO2), sulfito de sódio (Na2SO3) ou sódio metabisulfito (Na2S2O5).

A descloração não vai remover compostos tóxicos que já tenham sido produzidos.


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(e) Correcção de pHpH de uma água residual submetida a um

tratamento biológico deve estar compreendido no intervalo 5,0 a 8,5, com valores óptimos entre 6,5 e 7,5.

Nos países que já adoptaram normas de qualidade a impor aos efluentes para que possam ser lançados em redes de colectores dotados de estação de tratamento, os limites para o pH rondam o intervalo 6 a 9.

A correcção do pH apenas terá lugar quando da inclusão de efluentes industriais, cujo pH poderá ser muito baixo ou muito elevado.

Nestes casos, por razões óbvias, a correcção do pH far-se-á em tratamento prévio, antes da entrada do efluente industrial na rede de colectores de águas residuais domésticas.

Os compostos mais usados para a correcção do pH são a cal e os ácidos clorídrico ou sulfúrico.


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Operações químicasOutras aplicações

químicas


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Outras aplicações químicas A título meramente informativo,

apresentamos de seguida dois esquemas de tratamentos químicos completos de águas residuais, o primeiro incluindo a remoção do azoto e do fósforo e o segundo a usar quando a remoção do azoto não for essencial.

No primeiro caso, a sequência de operações e processos é a seguinte:

- adição de cal, precipitação química (a partir da adição de floculantes – sulfato de alumínio, cloreto férrico; seguida de sedimentação), remoção do amoníaco por corrente de ar, redução do pH por recarbornatação e precipitação do carbonato de cálcio.

Segue-se uma filtração através de camada-múltipla para retenção dos flocos residuais e uma remoção das substâncias orgânicas dissolvidas remanescentes através de passagem por coluna de carvão activado, seguindo o efluente para o seu destino final ou para reutilização. Quando é para reutilização doméstica, deve ser adicionado também cloro.


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Outras aplicações químicas Quando a remoção do azoto não é

necessária, a precipitação inicial com a cal pode ser substituída pela coagulação com sais de ferro ou de alumínio.

No tratamento com a cal, o objectivo é elevar o valor do pH até 11.

A utilização de produtos químicos no tratamento das águas é feita visando vários tipos de efeitos, nomeadamente a remoção da cor e turvação, controlo da agressividade, remoção da dureza em excesso, oxidação da matéria orgânica e do ferro, controlo do cheiro e sabor e a desinfecção.

Para que um dado produto exerça o efeito pretendido, ele deve ser aplicado na dose certa, de acordo com as características da água e o objectivo do tratamento e para além disso, eles não devem conter elementos tóxicos ou de carácter prejudicial em concentrações que possam afectar a qualidade da água e o objectivo do tratamento.


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