Controle e tecnologia ambiental. Tecnologia de Tratamento de Água e Efluente. Parte 2

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Tema: Tecnologia de Tratamento

de Efluentes (Parte II)

Prof. Roberto [email protected]

Controle e Tecnologia Ambiental

mailto:[email protected]




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SUMÁRIO

Processos físicos, químicos, biológicos

Tratamento preliminar, primário

Tratamento secundário biológico – tópicos específicos

Tratamento terciário

Resumo

Circuitos típicos:

Tratamento de água

Tratamento de efluentes

II Parte – TECNOLOGIA DE TRATAMENTO DE EFLUENTES



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TECNOLOGIA DE TRATAMENTO DE EFLUENTES

Tratar é preciso!

Poluição: degradação da qualidade ambiental resultante de atividades que direta ou indireta:

a) prejudiquem a saúde, a segurança e o bem-estar da população;

b) criem condições adversas às atividades sociais e econômicas;

c) afetem desfavoravelmente a biota;

d) afetem as condições estéticas ou sanitárias do meio ambiente;

e) lancem matérias ou energia em desacordo com os padrões ambientais estabelecidos.

Artigo 3˚ - III - Lei 6938/81


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Tratamento de efluentes - realizado com diferentes objetivos:

Remover


• carga orgânica

• sólidos em suspensão

• metais

• nutrientes,

• organismos patogênicos, etc.



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• Princípio: remover essas impurezas antes de lançá-las nos corpos receptores.

• Gestão moderna: modificação dos processos industriais para redução de efluentes e resíduos (Produção mais Limpa: P+L)


Produção mais Limpa: “Aplicação contínua de uma estratégia preventiva integrada em processos, produtos e serviços, incorporando o uso mais eficiente dos recursos naturais e, deste modo, minimizando resíduos e poluição.” www.mct.gov.br



http://www.cebds.org.br

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“End of Pipe” – preocupa-se com o efluente apenas ao

final da linha de produção e buscam-se técnicas de

tratamento que permitam enquadrá-lo, ou seja, fazer com

que atenda os padrões de descarte em vigor.

Metodologia de Tratamento

Enfoques para o tratamento



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“in-plan design” – considera-se que o efluente é resultado de

uma série de procedimentos industriais.

Antes de definir as técnicas de tratamento, estuda-se o

processo industrial: fontes de poluentes, o consumo de

água, a composição das correntes, etc.

Isso resulta em:





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Economia de energia

Redução de consumo de água

Melhor aproveitamento das matérias-primas





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Estudo em laboratório

Investigação dos contaminantes e determinação da meta

para seleção do processo

Viabilidade do processo

Qualidade!do efluente após tratamento



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Estudos em Escala Piloto

Determinação de parâmetros principais de processo

Avaliação de tecnologias disponíveis

Levantamento de custos de investimento e operacional




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O que é uma Estação de Tratamento de Efluentes (ETE) ?


Conjunto de unidades, responsáveis por uma etapa do

tratamento do efluente. Inclui:

✓ processos físicos,

✓ químicos,

✓ térmicos,

✓ biológicos

✓ ou uma combinação destes.



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Tipicas tarefas da ETE:

Pré-tratamento (ou tratamento preliminar) Físico e/ou químico

Tratamento Primário Físico - Químico

Tratamento Secundário Biológico - Químico

Tratamento Avançado Físico e/ou químico e/ou biológico




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Típicos tratamentos em uma ETE

Pré-tratamento (ou preliminar): -sólidos em suspensão grosseiros e areia

Tratamento Primário: - sólidos em suspensão sedimetnáveis

- m.o.em suspensão (DBO em suspensão)

- sólidos dissolvidos

Tratamento Secundário: - DBO em suspensão não removida

- DBO solúvel

Tratamento Avançado (terciário):nutrientes,

patogênicos,

não biodegradáveis,

inorgânicos dissolvidos,

metais pesados,

SS remanescentes




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Tratamento de Efluentes Fluxograma completo típico

TRATAMENTO PRELIMINAR TRATAMENTO PRIMÁRIO TRATAMENTO SECUNDÁRIO TRATAMENTO TERCIÁRIO

QUÍMICO FÍSICOORGÂNICOS DISSOLVIDOS SÓLIDOS

SUSPENSOS

Peneiramento

Equalização

SAO

Desarenador

Neutralização

Coagulação

Flotação

Sedimentação

Filtração

Lodo Ativado

Lagoa Aeróbia

Biodisco

Lagoa Anaeróbia

Biofiltro

Microfiltração/ultrafiltração

Sedimentação

Coagulação/sedimentação

Osmose reversa

Adsorção

Troca iônica

Eletrodiálise



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PROCESSOS QUÍMICOS

• Métodos de tratamento nos quais a remoção ou conversão dos

contaminantes ocorre pela adição de reagentes químicos e/ou

por reações químicas.




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PROCESSOS QUÍMICOS incluem:

• Precipitação química

• Oxidação e redução química

• Formação de gás insolúvel seguido de extração (stripping)

• Desinfecção.




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PROCESSOS FÍSICOS

• Aplicação de forças físicas predominam.

• Muitos desses métodos evoluíram diretamente da observação

da natureza - portanto os primeiros a serem usados para

tratamento de água.




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PROCESSOS FÍSICOS incluem:

• Sedimentação

• Filtração

• Floculação

• Flotação

• Outros processos que removem substâncias dissolvidas ou

não sem alterar a estrutura química delas




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PROCESSOS BIOLÓGICOS

★ Remoção de contaminantes ocorre pela atividade biológica.

★ Utilizado principalmente para remover substâncias orgânicas biodegradáveis.




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• Envolvem organismos vivos e substâncias orgânicas ou inorgânicas como alimento.

• Características físicas e químicas da substância orgânica e/ou inorgânica são alteradas

• Em princípio o tratamento biológico é mais econômico do que qualquer outro tipo de tratamento.




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Basicamente essas substâncias são convertidas em:

ü Gases - escapam para a atmosfera

ü Tecidos celulares - removidos por sedimentação

Também utilizado para remoção de nutrientes!




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Aspectos a serem caracterizados e verificados pelo Perito Ambiental…:

• Objetivo do tratamento (ex.: o que diz a legislação?)

• Nível do tratamento (ex.: até onde precisa-se chegar?)

• Estudos de impacto ambiental no corpo receptor foram considerados?




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SELEÇÃO DO PROCESSO DE TRATAMENTO DO EFLUENTE

• Característica do efluente: tipo de poluente (suspensão, coloidal, toxicidade, dissolvido, metais pesados, etc…)

• Qualidade desejada: contexto legal; reúso

• Custo e disponibilidade de espaço

OBS: Metais pesados geralmente devem ser removidos em pré-tratamento ANTES de qualquer processo biológico (embora trat. biológico possa remover algum metal)


Aspectos relevantes para o Perito Ambiental!



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TRATAMENTO PRELIMINAR(Físico e/ou químico)




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Tratamento Preliminar - Processos FísicosRemoção de materiais ou substâncias que prejudicariam o tratamento ou os equipamentos nas unidades a seguir.

Basicamente: areia, sólidos grosseiros, remoção de óleo, remoção de odor.

Técnicas são basicamente de ordem física:

• Peneiramento

• Sedimentação




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cominuidor grade de barras

Remoção de sólidos grosseiros: cominuidor e grade de barras

TRATAMENTO PRELIMINAR



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GRADEAMENTO

• Barreiras para retenção de sólidos grosseiros ou corpos

flutuantes contidos nos efluentes.

• Evitam que passem para as unidades de tratamento

seguintes causando danos mecânicos aos equipamentos.




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Remoção de sólidos grosseiros: tela vibratória

Tela vibratória Filtro rotativo




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Remoção de sólidos grosseiros: filtro rotativo

Filtro rotativo




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CAIXAS DE AREIA (Desarenador)

Areia: partículas como pedriscos, silte, areia… e outros materiais

cuja velocidade de sedimentação e peso específico são maiores do

que os sólidos orgânicos em suspensão, presentes no efluente




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Fonte: Petrobras





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Caixa de areia de fluxo horizontal

Fonte: Ricardo Motta - U.Petrobras



Depósito de areia



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Objetivos da remoção de areia dos efluentes:

• evitar abrasão nos equipamentos e tubulações,

• obstruções em tubulações e em unidades do sistema

• impedir a sedimentação de areia nas unidades.




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Geralmente a velocidade fica em torno de 0,3 m/s.

Principio: aproveitar velocidade de sedimentação da areia, em

função do seu peso. Efluente deve ser mantido em condições

hidráulicas tais que possibilitem a separação da areia do efluente




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Fluxograma típico de TRATAMENTO PRELIMINAR

Adaptado de M.von Sperling, 1998


afluentegrade filtro de areia

(desarenador)

medidor de vazão

fase sólidafase sólida grosseira

para TRATAMENTO PRIMÁRIO



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REMOÇÃO DE ÓLEO

Separado nas ETEs por gravidade ou centrifugação.

Por gravidade: Separadores de Água e Óleo (SAOs).

SAOs: criam condições propícias para que a separação seja realizada por GRAVIDADE, em função das diferenças de densidades entre o óleo e o efluente.




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REMOÇÃO DE ÓLEO - Sistema API

http://www.hmttank.com

Petrobras





http://www.hmttank.com

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Vários equipamentos e processos para remoção de óleo

Verificar sempre:

Ø objetivo do tratamento

Ø volume a ser tratado

Ø custo de instalação

Ø custo operacional

Ø custo de manutenção

Ø facilidade de operação




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TRATAMENTO QUÍMICO

(visto adiante…)

Também pode ser utilizado em etapa preliminar…




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T r a t a m e n t o

preliminar químico

típico de efluente

industrial (adaptado de

Kiely, 1997)


Efluente de processo industrial

Material orgâncio AmôniaMetais pesados

Oxidação-redução Oxidação Air stripping

Precipitação Adsorção

Filtragem

Tratamento Primário



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• Sólidos são removidos com GRADES e PENEIRAS MÓVEIS

• Areia é decantada

• Algum tratamento químico também pode existir (pH; Eh)

• Óleos, graxas e sólidos em suspensão: removidos por flotação, sedimentação ou filtração (ex.: separador API)

TRATAMENTO PRELIMINAR: RESUMO




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TRATAMENTO PRIMÁRIO




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• Frequentemente chamado de clarificação, sedimentação ou

decantação primária.

• Destina-se principalmente a:

• Redução de sólidos em suspensão (pode incluir óleo)

• Redução da DBO

• Remoção de material flutuante

• Equalização parcial da vazão e da carga orgânica




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DECANTAÇÃO PRIMÁRIA(Sedimentação Primária)




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DECANTAÇÃO PRIMÁRIA

• Remoção de sólidos sedimentáveis

• Com coagulante ou sem (neste caso: decantação simples

ou primária).

• Função - aliviar unidades seguintes, sobretudo em

termos de carga orgânica

• Tempo de residência típico ~2 horas.




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Tratamento primário (decantação) remove, portanto, apenas os sólidos sedimentáveis (e outros já mencionados - “areias).

Para a remoção dos outros sólidos: tratamento secundário que, normalmente, é feito biologicamente.

R. Motta - Petrobras




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• FOSSAS SÉPTICAS: também uma forma de tratamento primário

• Basicamente decantadores nos quais os sólidos sedimentáveis são removidos para o fundo

• Podem permanecer longo tempo (meses/anos) para estabilização

• Processo anaeróbio




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Esquema típico de fosse séptica de câmara únicaAdaptado de M.von Sperling, 1998




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EQUALIZAÇÃO (Lagoa de Equalização)




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EQUALIZAÇÃO

Objetivo: minimizar e/ou controlar flutuações nas

características do efluente a fim de

• evitar problemas operacionais e

• maximizar a capacidade de tratamento da etapa

seguinte




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EQUALIZAÇÃO

Nível máximo

Nível mínimoVazão variável

Vazão constante

Equalização: homogeneizar o fluxo e a concentração do lodo da ETE; descargas uniformes na etapa seguinte.




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Fatores que afetam a quantidade e a carga orgânica dos efluentes de uma indústria:

ü Tipo de indústria e os produtos fabricados;ü Volume produzido;

ü Tipo do processo produtivo utilizado;

ü Horas de funcionamento da produção;

ü Período de produção: contínua ou em batelada;

ü Período e tipo de parada de manutenção utilizada;

ü Tipo de sistema de pré-tratamento utilizado pela indústria, etc



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• Normalmente há agitação: garante a equalização e evita sedimentação de sólidos

• Oxida compostos reduzidos

• Reduz BOD por carreamento pelo ar

• Método mais comum: misturadores submersos

Equalização




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Equalização




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Bacia de aeração /equalização típica




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EQUALIZAÇÃO

Dois tipos:

• EQUALIZAÇÃO DE FLUXO: manter o fluxo contínuo por um determinado período de tempo

• EQUALIZAÇÃO DE CONTEÚDO: refere-se a um (ou mais) determinado poluente cuja concentração deve atingir um valor (alvo) pré-estabelecido (pode ser valor de pH; conc. de nutriente, etc…)




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Equalização: em linha (on line) ou fora de linha (off line)

b)Esquema de equalização fora de linha

a)Esquema de equalização em linha


Vazão

Tempo




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COAGULAÇÃO / FLOTAÇÃO /

PRECIPITAÇÃO QUÍMICA




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COAGULAÇÃO

• Remove partículas coloidais que provocam turbidez na

água e que podem ter íons metálicos adsorvidos.

• Remoção pode ser obtida por sais de Fe ou de Al,

com o objetivo de provocar aglomeração dessas

partículas antes de serem filtradas.




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COAGULAÇÃO

• Aglomeração - ação físico-química de materiais que

promovem a aglomeração das partículas, agindo como

coagulantes.

• Essa ação se dá pela neutralização da carga das partículas.




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COAGULAÇÃO

Coagulante mais popular:

Al2(SO4)3.18H2O Obtido sólido ou líquido

Fe2(SO4)3.18H2O também pode ser usado

Al2(SO4)3.18H2O + 3Ca(OH)2 = 3CaSO4 + 2Al(OH)3 + 18 H2O

O mecanismo físico-químico envolve neutralização de cargas na superfície do colóide


Adição de coagulante



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COAGULAÇÃO

MisturaRápida(turbina)Formação

FloculaçãoCrescimento

Flotação

Sulfato de alumínio

Ácido Sulfúrico

Polieletrólito

Neutralização Floculação


Efluente a ser tratado



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FLOCULAÇÃO




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FLOCULAÇÃO

Floculação:

• agitação lenta

• partículas coaguladas se unem formando flocos

grandes o suficiente para sedimentar rapidamente.




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COAGULAÇÃO / FLOCULAÇÃO

Aspectos de floculador para tratamento de efluente

Fontes: www.hidrosul.com.br


Formação de flocos



http://www.hidrosul.com.br

http://www.hidrosul.com.br

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FLOTAÇÃO




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FLOTAÇÃO

• Remover sólidos em suspensão, graxa e óleo (gota < 150 µm)

• Separação e concentração de resíduos

• Adição de reagentes que provocam hidrofobicidade




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FLOTAÇÃO

Esquema de células de flotação

http://www.cjtsurplus.com


infomet.com.br






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FLOTAÇÃO

Tipos de flotador:

• AR INDUZIDO: ar introduzido produz bolhas pequenas de cerca de 1 mm. Ex.: placas porosas ou bicos especiais.

• AR DISSOLVIDO: ar dissolvido no líquido em compartimento maior que na câmara de flotação

• AR VÁCUO: câmara de flotação a vácuo

• SOB PRESSÃO: câmara de flotação a patm; vaso de saturação pressurizado.




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FLOTAÇÃO AR INDUZIDO

• Indução de ar na massa líquida com indutores • Pressão: atmosférica.• Sem reciclo• Taxa de aplicação hidráulica: 8-10 m3/m2/h• Tempo de retenção hidráulica: 3-5 min.




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FLOTAÇÃO AR DISSOLVIDO

Pressão: 3,5 kgf/cm2

Reciclo: 50%Taxa de aplicação hidráulica: 6 m3/m2/hTempo de retenção hidráulica típico: 25 min.




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Flotador industrial - refinariaFonte: Petrobras



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OXIDAÇÃO/REDUÇÃO QUÍMICAque leva à precipitação…



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OXIDAÇÃO/REDUÇÃO QUÍMICA

• Reações de oxi-redução - transferência de elétrons entre

espécies químicas.

• Reações de oxi-redução: tratamento e remoção de resíduos

orgânicos e inorgânicos, transformando-os em compostos

menos agressivos ou em compostos que precipitam do meio

aquoso (insolúveis).




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• Remover metais pesados de águas contaminadas - íons metálicos são precipitados no seu estado metálico ou em algum estado intermediário.

• Recuperação dos metais precipitados de interesse econômico, como metais preciosos, Pb, Hg, Ni, Cd, Cr é possível.





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TRATAMENTO QUÍMICO

• Equilíbrio químico pode ser expresso como:

Deve obedecer à seguinte equação de equilíbrio:

Onde K é constante!




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TRATAMENTO QUÍMICO

• Objetivo - deslocar o equilíbrio

• Se A é poluente e B reage com A para produzir um

precipitado insolúvel (C ou D), B deve ser adicionado até A

desaparecer totalmente (ou quase...)




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TRATAMENTO QUÍMICO

• Passo a passo:


1. Identificar um ou mais compostos insolúveis que contém o

poluente em questão

2. Identificar um ou mais compostos solúveis, economicamente

viáveis, capazes de formar o composto insolúvel desejado.

3. Desenvolver testes de laboratório para confirmar a viabilidade

técnica e econômica do tratamento proposto.



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TRATAMENTO QUÍMICO

• Ex.: Pb é o poluente a ser removido

1. Consulta a livros de química revela a tabela abaixo:




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TRATAMENTO QUÍMICO

1. Uma fonte de íons carbonato é o Na2CO3;

2. Na2S é fonte de íons sulfeto – Na2CO3 é mais barato

Portanto, uma possível forma de remover Pb de um efluente industrial

seria adicionar carbonato de sódio para precipitar o Pb como um

carbonato insolúvel!



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• Outra possibilidade - remover na forma de sais como

carbonato, hidróxidos e sulfatos, variando o pH e/ou Eh.

• Estes sais são geralmente insolúveis e precipitam sendo

removidos por filtração.

• Geralmente adiciona-se H2SO4 ou CaCO3


TRATAMENTO QUÍMICO



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Controle do valor de pH - pode ser efetivo na remoção de metais

Precipitação de alguns metais como hidróxidos

Fonte: Methods for Treating Wastewater from Industry - Woodard and Curren Inc, 2004




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Fonte: Methods for Treating Wastewater from Industry - Woodard and Curren Inc, 2004

Solubilidade teórica de hidróxidos, sulfetos e

carbonatos para alguns metais

pesados





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Em soluções aquosas, toda reação pode ser escrita como uma

• Adição ou remoção de elétrons (mV)

• Adição ou remoção de prótons (H+) (pH)

• Combinação dessas duas

Essas condições podem ser visualizadas em um diagrama

Eh (mV) x pH




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Alguns oxidantes comuns:

• Peróxido de hidrogênio - (água oxigenada - H2O2)

• Cloreto férrico (ou sulfato) - FeCl3 ou Fe2(SO4)3

• Ozônio - O3

• Oxigênio - O2

• Hipoclorito de sódio - NaClO




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Redutores

Sulfato ferroso - FeSO4

Dióxido de enxofre - SO2

Meta bissulfito de sódio - Na2S2O5




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Podem ser úteis: diagramas Eh x pH para visualização das áreas de predominância das várias possíveis espécies presentes em solução aquosa

Diagramas de predominância: “mapas” de estabilidade termodinâmica de espécies - Iônicas e sólidas - que existem em sistemas aquosos.





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Duas principais variáveis:

• Atividade do íon H+ - medida pelo pH ( = -log [H+])

• Potencial de oxidação - medido pelo Eh (V ou mV) na escala padrão de hidrogênio

Eh indica o estado redutor ou oxidante da solução

Redução - indica adição de elétrons

Oxidação - indica remoção de elétrons

pH indica o caráter ácido, neutro ou básico da solução




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Eh (v)

pH

0

-1,0

+1,0

0 7 14

Região ácida

oxidante

Região ácida

redutora

Região básica

oxidante

Região básica

redutora

DIAGRAMA Eh X pH ESQUEMÁTICO






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Equações básicas:

As únicas necessárias para construção do diagrama são

ΔG0 = - RTlnK = nFE0 (1)

E a equação de Nernst

(2)



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Transformando ln em log tem-se que

(3)

(4)



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Tipos de reação

1 - Envolvendo apenas elétrons (oxi-redução)

A + ne- = B! ! ΔG0 = nFE0

que é uma linha horizontal no diagrama




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2 - Envolvendo apenas H+ (variação de valor de pH)

A + hH+ = B! (+ H2O)! ΔG0 = - RTlnK

ΔG0 = - (0,0082 x 298 x 2,303)log K

ΔG0 = - 5,706 log K




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Que é uma linha vertical no diagrama




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3 - Envolvendo eletrons e H+

A + hH+ + ne- = B!(+ H2O)! ΔG0 = - nFE0

Que é uma linha inclinada no diagrama




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Diagrama Eh x pH do Fe - H2O a 25˚C




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Diagrama Eh (V) - pH do sistema CN-H2O a 25oC.




[email protected] Eh (V) - pH do sistema Cd-H2O a 25oC. M.Pourbaix)


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Diagrama Eh (V) - pH para o sistema Au-CN-

H2O a 25oC

A introdução de outras espécies, como agentes

complexantes, pode modificar as áreas de

equilíbrio termodinâmico

Ex.:




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RECAPITULANDO…• Clarificação, sedimentação ou decantação primária,

coagulação, floculação, flotação, tratamento químico, oxidação/redução química, precipitação

• Destina-se principalmente a:

• Redução de sólidos em suspensão (pode incluir óleo)

• Redução da DBO

• Remoção de material flutuante

• Equalização parcial da vazão e da carga orgânica

• Redução / remoção de sólido dissolvido


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Tratamento Secundário - Biológico




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Tratamento Secundário: remoção dos Sólidos não removidos no Tratamento Primário + carga orgânica presente nos efluentes.

Carga orgânica: parte orgânica (pesticidas, detergentes, etc.) + fração biodegradável presente sob a forma dos próprios Sólidos presentes nos efluentes.




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Tratamento secundário

Concebidos de forma a acelerar os mecanismos de

degradação que ocorrem naturalmente nos corpos

receptores.

Grande variedade de microorganismos toma parte no

processo: bactérias, fungos, protozoários, etc.



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Tratamento Secundário

Para todos os poluentes que passam pelo Tratamento Primário:

• Sólidos Coloidais• Sólidos Dissolvidos

• Sólidos em Suspensão não Sedimentáveis• Sólidos em Suspensão Sedimentáveis ainda

remanescentes.




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CONCEITUAÇÃO DO TRATAMENTO SECUNDÁRIO

• MATÉRIA ORGÂNICA - é poluição - antes do tratamento

• Usada como alimento pelos microorganismos

• Compõe-se de carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio,

fósforo e vários outros elementos em menores

quantidades.

TRATAMENTO SECUNDÁRIO



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• Microorganismos (principais: bactérias e fungos) - capazes de

desagregar a matéria orgânica e sintetizar novo protoplasma

(tecido celular) (ou seja, há transformação de uma forma de

energia - matéria - em outra.... 1a. lei da termodinâmica...)




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• Processo não é 100% eficiente (2a. lei da termodinâmica...).

• Carbono e hidrogênio são liberados como CO2 e H2O

• Outros elementos, caso em excesso, combinam com O2 e passam

para solução como óxidos (Ex.: nitratos e sulfatos)




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• MICROORGANISMOS incluem bactérias, fungos, protozoários,

vermes, etc…

• Aumento da população - resultado da reação com o poluente

orgânico.

• ÁGUA: “sub produto” (efluente) do processo

• Água: gerada do mecanismo dos microorganismos liberarem o

excesso de átomos de hidrogênio durante o processo e

desagregação da matéria orgânica.




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• Microcosmo no qual diversas espécies nutrem-se, crescem,

reproduzem e entredevoram-se.

• O resultado é uma transformação progressiva da massa e a

troca com o meio exterior dos produtos dessa atividade



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Matéria Orgânica (efluente / esgoto) + microorganismos + O2 + nutrientes

Mais microorganismos +Gases (CO2) + Água

ESQUEMA SIMPLIFICADO DO METABOLISMO BACTERIANO




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Conversão da matéria orgânica resulta em um aumento da

produção de tecido celular, ou seja, da quantidade de

microorganismos e diminuição da quantidade de poluentes

orgânicos.

R E M O Ç Ã O D O S M I C R O R G A N I S M O S : f e i t a p o r

sedimentação simples, em decantadores - densidade do

tecido celular dos microorganismos é maior do que a da água.




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• Princípio do TRATAMENTO SECUNDÁRIO: TRANSFORMAR um

tipo de matéria orgânica, de difícil remoção por sedimentação, em

outro de mais fácil remoção por sedimentação.

• Isto é, matéria orgânica como sólidos orgânicos coloidais e

dissolvidos é transformada em matéria orgânica sob a forma de

tecido celular, e, sob esta forma, removida.




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Tratamento secundário pode ser classificado

De acordo com a forma de crescimento das bactérias:

1 - biomassa em suspensão

2 - biomassa fixa (ou aderida)




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Tratamento secundário pode ser classificado

1 - BIOMASSA EM SUSPENSÃO: lagoas aeradas, lodos

ativados, valos de oxidação, lagoas facultativas, lagoas

anaeróbicas

2 - BIOMASSA FIXA (ou aderida): disco biológico, filtro

biológico, reatores de leito fluidizado




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Biomassa em suspensão: bactérias responsáveis pela

decomposição da matéria orgânica contida nos efluentes,

encontram-se em suspensão na massa líquida. Ex.:

Lodos ativados e lagoas aeradas.





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Exemplo de lagoa aerada




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Biomassa fixa: bactérias responsáveis pela decomposição

da matéria orgânica contida nos efluentes, encontram-se

fixadas a um meio inerte qualquer, que pode ser pedra,

plástico, ou outros.

Ex.: Filtros biológicos e os Discos Rotativos

Biológicos.



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Outra forma de classificação do

tratamento secundário

• Conforme a utilização, por parte das bactérias, de oxigênio

ou não no processo.

• Neste caso o processo pode ser classificado em AERÓBIO

ou ANAERÓBIO.




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. Terceiro tipo de bactéria:• Pode viver em ambientes com oxigênio ou sem oxigênio.

Este tipo é chamado de bactérias FACULTATIVAS.

• Tratamento AERÓBIO: presença de oxigênio; realizado por

bactérias aeróbias ou facultativas.

• Tratamento ANAERÓBIO: ausência de oxigênio; realizado

por bactérias anaeróbias ou facultativas.




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Vale recordar que…Nutrientes inorgânicos - essenciais em um processo de tratamento secundário. Podem ser fator limitante a atividade das bactérias, impedindo seu desenvolvimento e remoção da DBO do efluente.

Principais nutrientes: N e P.

Outros também necessários: K, S, Mg, Ca, Fe, Cl, Zn, Mn, Cu, Ni.




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Arranjos tecnológicos para o Tratamento Biológico



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LAGOAS FACULTATIVAS




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LAGOAS FACULTATIVAS

•Dentre os sistemas de lagoas de estabilização é o mais simples

•Água a ser tratada entra em uma extremidade e sai por outra.

•DBO particulada (m.o. em suspensão) tende a sedimentar, formando lodo no fundo




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LAGOAS FACULTATIVAS

Fluxograma típico de sistema com lagoa facultativa para tratamento de efluentes (adaptado de M.von Sperling, 1998).




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Lagoas facultativas

• Energia fornecida: suficiente apenas para misturar a parte líquida introduzir na massa líquida o O2 necessário ao processo, porém NÃO O SUFICIENTE para impedir a sedimentação de parcela dos sólidos em suspensão.

• Bactérias - respiração: consumo de oxigênio e produção de gás carbônico

• Algas - fotossíntese: produção de oxigênio e consumo gás carbônico




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Lagoas facultativas

Corte transversal esquemático de uma lagoa facultativa (adaptado de M.von Sperling, 1998).


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Lagoas facultativas

• DBO solúvel (m.o. dissolvida) e DBO finamente particulada (m.o.de pequenas dimensões) não sedimenta.

• A decomposição se dá predominantemente por bactérias facultativas: utilizam m.o. como fonte de energia

• Processo é natural, não necessitando equipamento especial.

• Daí, tempo de residência elevado (7-15 dias)




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LAGOAS ANAERÓBIAS - LAGOAS FACULTATIVAS




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• Área menor

• Efluente entra em uma lagoa de menor dimensão, porém mais profunda.

• Predominam, portanto, condições anaeróbias

• Bactérias anaeróbias tem taxa metabólica e de reprodução mais lenta




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Fluxograma típico de sistema de lagoa anaeróbia - facultativa para tratamento de efluentes




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• Lagoa facultativa recebe carga de 40-50 % poluição do efluente original

• Mais eficiente que a anterior; pode causar odores em razão da etapa anaeróbia




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LAGOA AERADA FACULTATIVA




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Sistema aeróbio - dimensões ainda mais reduzidas

Principal diferença com relação à lagoa facultativa: suprimento de oxigênio

Lagoa facultativa: O2 vem da fotossíntese

Lagoa aerada facultativa: usam-se aeradores




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Fluxograma típico de sistema de lagoa aerada facultativa para tratamento de efluentes




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•Facultativa: oxigenação não mantém os SS na massa líquida - formam lodo no fundo, decompondo-se anaerobiamente

•Apenas DBO solúvel e finamente particulada permanece na massa líquida, vindo a sofrer decomposição aeróbia.





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• Em razão da mecanização, lagoas aeradas são menos simples em temos de manutenção, comparada com lagoa facultativa convencional.

• Porém: área necessária é menor, MAS

• Há maior consumo de energia elétrica…





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Desenho esquemático de aerador mecânico

R. Motta - Petrobras





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Aeradores em lagoa aerada para tratamento de efluente





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Lagoas de decantação de biomassa:

• Lodo pode permanecer por 3 a 4 anos

• Após esse período pode ser enviado para coprocessamento em cimenteira

• Lodo pode conter metais úteis para cimenteira




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LAGOA AERADA DE MISTURA COMPLETA - LAGOA DE DECANTAÇÃO




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• Volume ainda menor.

• Maior turbulência para garantir: oxigenação e todos os sólidos em suspensão

• Mistura completa - alto grau de energia por unidade de volume, com conseqüente total mistura dos constituintes.

• Em suspensão: m.o e bactérias (biomassa)

• Tempo de residência típico: 2 a 4 dias




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LAGOA AERADA DE MISTURA COMPLETA

Fluxograma típico de sistema de lagoa aerada de mistura completa - lagoa de decantação para tratamento de efluentes




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• Biomassa em suspensão - sai da lagoa junto com o efluente tratado!

• Necessário lagoa de decantação - finalidade é permitir sedimentação e acúmulo dos sólidos

• Sólidos permanecem por alguns anos no fundo da lagoa

• Removidos periodicamente (caro!)




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SISTEMA COM LODO ATIVADO(Activated sludge)




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SISTEMA COM LODO ATIVADO

(Activated sludge)

• Princípio: aumentar concentração da biomassa em suspensão no meio líquido

• No sistema anterior: há “reservatório”de bactérias ativas na unidade de decantação

• Retornando essas bactérias a concentração das mesmas será grandemente aumentada




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Desenho esquemático do processo de lodos ativados

Ricardo Motta - Universidade Petrobras




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Esquema genérico de tratamento de efluente com lodos ativados




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• Sólidos: recirculados do fundo da unidade de decantação por meio de bombeamento, de volta à unidade de aeração.

• Concentração dos sólidos: + de 10 x superior à de uma lagoa aerada de mistura completa

• Para manter sistema em equilíbrio: necessário retirar aproximadamente a mesma quantidade de biomassa aumentada por reprodução - lodo biológico excedente

SISTEMA COM LODO ATIVADO




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FILTRO BIOLÓGICO




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FILTRO BIOLÓGICO

• Conceito diferente do anterior

• Biomassa não cresce em tanque ou lagoa, mas ADERIDA a um meio de transporte

• O filtro compreende: leito de material grosseiro (pedra, ripas, plástico) sobre o qual o efluente (esgoto) é aplicado sob a forma de gotas ou jatos.

• Percolação permite crescimento bacteriano na superfície do substrato.




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FILTRO BIOLÓGICO

Seção transversal de filtro biológico

Ricardo Motta - Universidade Petrobras




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FILTRO BIOLÓGICO

• Sistemas aeróbios - ar circula e fornece oxigênio para os

microorganismos.

• A despeito do nome, função primária do filtro não é filtrar,

mas fornecer suporte para formação da película

microbiana.

• Controle da população microbiana se dá naturalmente.

• Lodo desalojado é removido em decantadores!




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FILTRO BIOLÓGICO

Aspectos de um filtro biológico


Methods for Treating Wastewaters from Industry, Woodard & Curran, Inc., 2006



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FILTRO BIOLÓGICO

Aspectos de um filtro biológico




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FILTRO BIOLÓGICO

Circuito de filtro biológico com reciclagem. A reciclagem permite ao operador o controle da carga hidráulica e mantém constante o fluxo do afluente. Pode evitar odores.




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FILTRO BIOLÓGICO• Ao longo do percurso: matéria orgânica nos efluentes,

entra em contato com as bactérias que se desenvolvem

aderidas às pedras, sendo, assim, decomposta.

• Efluente tratado biologicamente: coletado por sistema de

drenagem no fundo do tanque e conduzido para as

unidades de decantação em seguida.




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BIODISCOS




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BIODISCOS• Conjunto de discos, geralmente de plástico de baixo peso,

gira em torno de um eixo horizontal.

• Metade do disco é imerso no efluente a ser tratado

enquanto a outra metade fica exposta ao ar.

• Bactérias formam película aderida ao disco; quando

exposta ao ar é oxigenada. Película, quando novamente

em contato com o efluente, contribui para a oxigenação

deste.




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BIODISCOS

Para testes em laboratório




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Discos: geralmente menos de 3 metros de diâmetro

(plástico de baixo peso).

M ic roorgan ismos aderem às

superfícies rotativas, e ali crescem

até que toda a superfície do disco

esteja coberta por uma fina camada

biológica, com poucos milímetros de

espessura

BIODISCOS

http://www.naturlink.pt




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BIODISCOS

• Quando a película cresce demasiadamente, se destaca dos

discos e permanece em suspensão no meio fluido, o que

contribui para a eficiência do processo.

• Sistema limitado para o tratamento de pequenas vazões.

Diâmetro máximo dos discos é pequeno; necessário grande

número de discos para vazões maiores




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BIODISCOS

• Velocidade de rotação: 1-2 rpm; residência: 6 horas

• Mergulhados entre 40 e 60% no efluente a tratar.

• Começaram a ser utilizados na década de 70 para

emprego em estações de tratamento compactas.

• Têm menos problemas operatórios que os tanques

percoladores, porém são mais caros.




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BIODISCOS

www.biodiscos.net

Quando a camada biológica atinge uma espessura crítica,

ela se desgarra dos discos. Organismos desgarrados são

mantidos em suspensão no meio líquido em razão do

movimento dos discos, aumentando a eficiência do sistema.




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Finalidade do disco:

• Suporte para o crescimento da película microbiana

• Promove contato da película com o esgoto

• Mantém biomassa desgarrada dos discos em suspensão

• Promove aeração do esgoto que se juntou ao disco em cada rotação e do esgoto situado na parte inferior, responsável pela imersão do disco.




Biodiscos com ambiente favorável a

bactérias nitirifcantes

Lagoa aerada

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BIODISCOS


Esquema de tratamento de efluente com biodisco para eliminação de nitrgênio (por exemplo...)

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BIODISCOSCerca de 90% submerso




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BIODISCOS




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• Crescimento da película biológica: similar, em conceito,

ao filtro biológico.

• Diferença: microorganismos passam através do esgoto,

ao invés de o esgoto passar pelos microorganismos,

como nos filtros.

• Decantadores secundários - também necessários,

visando a remoção dos organismos em suspensão

BIODISCOS




Microorganismo: fixam-se sobre o biodisco, formando o biofilme

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REMOÇÃO DE NUTRIENTESETAPA FINAL DE TRATAMENTO




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REMOÇÃO DE NUTRIENTES

•Eliminação de compostos biodegradáveis (de carbono): fundamental no tratamento biológico de efluentes (como já visto…)

•Outra forma de poluição que deve ser eliminada: causada

por compostos contendo nitrogênio e fósforo!




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REMOÇÃO DE NUTRIENTES

Compostos nitrogenados e fosforados:

•Aumentam a demanda de oxigênio

•Provocam eutrofização nos corpos receptores

(crescimento intenso de algas e vegetação)

•Íon NH4+ é tóxico para vida aquática




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• Formas de fosfatos na água:

PO43-, HPO4

2-, H2PO4-, H3PO4

• Depende do pH

• HPO42- mais comum




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REMOÇÃO DO FÓSFORO

• Precipitação química - mais utilizado

• Reagentes:

•Sulfato de alumínio - Al2(SO4)3,

•sulfato ou cloreto férrico - FeCl3

•Cal - CaO




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• Com cal o precipitado é a hidroxiapatita: Ca5OH(PO4)3

5Ca2+ + 4OH- + 3HPO42- = Ca5OH(PO4)3 + 3H2O


• Com Al e Fe formam-se respectivamente os sais insolúveis

AlPO4

FePO4



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REMOÇÃO DO FÓSFORO• Adição de sementes melhora a cinética da reação de

precipitação (vantagem de reciclar sólidos)

• Aplicação dos reagentes é feita no decantador primário ou no secundário, conforme o:

• Projeto

• Característica do efluente

• Resultado final desejado




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• Processo biológico de remoção de P: via bactéria Acinetobacter sp, em ambiente anaeróbico.

• Tratamento biológico converte a maior parte do P a ortho-fosfatos.

• Essas formas podem ser removidas por precipitação (como visto)

• Vários processos patenteados.




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Nitrogênio pode apresentar-se no efluente como:

• N orgânico

• Amônia (NH3) residual ou orgânicos não transformados

• Nitritos (NO2-) não completamente oxidados

• Nitratos (NO3-)

Concentração máxima típica aceitável em efluentes municipais: ~40 a ~10 mg/l




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Forma do Nitrogênio Abreviação Definição

Gás amônia NH3 NH3

Íon amônia NH4+ NH4

+

Nitrogênio amoniacal total NAT NH3 + NH4+

Nitrito NO2- NO2

-

Nitrato NO3- NO3

-

Nitrogênio inorgânico total NIT NH3 + NH4+ + NO2

- + NO3-

Nitrogênio orgânico N org NT - (NH3 + NH4+)

Nitrogênio total NTNorgânico + NH3 + NH4

+ + NO2- +

NO3-

Formas de Nitrogênio (recapitulando)




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NITROGÊNIO

• Origem natural: proteínas, clorofila, compostos

biológicos

• Origem antropogênica: despejos domésticos,

industriais, excrementos de animais, fertilizantes.




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Nitrogênio orgânico pode ser convertido biologicamente para

amônia (NH3) ou amônio (NH4+). Essas duas espécies são

conhecidas como nitrogênio amônia. O equilíbrio é:

NH4+ = NH3 + H+

E a oxidação

NH4+ + 3/2 O2 = NO2

- + 2H+ + H2O

NO2- + 1/2 O = NO3

-

REMOÇÃO DO NITROGÊNIO



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★ Nitrogênio orgânico pode ser convertido biologicamente

em amônia livre (NH3) ou no íon amônio (NH4+)

★ Remoção biológica baseia-se em dois pontos principais:

1. Transformação (oxidação) da amônia em nitrito e

nitrato - bactérias Nitrosomonas e Nitrobacter, meio

aeróbio (NITRIFICAÇÃO).




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2. Transformação dos nitratos em nitrogênio molecular - bactérias Achromobacter, Aerobacter, Spirillium, entre outras.

✴ Reação denominada DESNITRIFICAÇÃO - na ausência de oxigênio, em condições anóxicas

✴ Anóxico - não é condição anaeróbia - ausência de oxigênio!





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• Princípio da desnitrificação: bactérias desnitrificantes utilizam

oxigênio da conversão dos nitratos, para a sua respiração,

deixando o nitrogênio livre - que é liberado para a atmosfera

(gás) .

• Necessário que a zona de desnitrificação do reator não

contenha oxigênio dissolvido suficientemente disponível no

efluente - as chamadas de zonas ANÓXICAS.





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✴ Zonas ANÓXICAS - o oxigênio necessário à reação vem

predominantemente do NO3-





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1o passo: NITRIFICAÇÃO (ou oxidação da amônia): Amônia

(NH3) à Nitritos (NO2-) à Nitratos (NO3

-)

2o passo: DESNITRIFICAÇÃO: (2NO3-) à N2 + 3O2





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Ou seja…

• Nitrificação: nitrogênio reduzido na forma de amônia ou

de íon amônio é oxidado quase completamente para

nitrito (NO2-) e nitrato (NO3

-)

• Desnitrificação: nitrogênio completamente oxidado, na

forma do íon nitrato, é reduzido principalmente para

nitrogênio molecular, N2





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• Bactérias desnitrificantes: utilizam o oxigênio dos nitratos

para a respiração e matéria orgânica para formação do

tecido celular.

• Porém só tem início quando a DBO já é reduzida e portanto

a matéria orgânica está pouco disponível.

• O que fazer…?





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• Para possibilitar a desnitrificação - adiciona-se novamente a

matéria orgânica no efluente.

• Lodo recirculado ou, em alguns casos, uma fonte de matéria

orgânica qualquer - frequentemente é o metanol - CH3OH




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• Desnitrificação pode ocorrer com bactérias em suspensão

ou aderidas a um meio inerte, como uma pedra ou plástico.

• No primeiro caso, bactérias desnitrificantes em suspensão,

no efluente - lodos ativados.

• No segundo, aderidas - biodiscos.





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• Há outros métodos para remoção de nitrogênio:

•desorção gasosa (air stripping),

•cloração

•troca iônica

• Desnitrificação biológica é um dos mais eficientes e mais

comumente utilizados.





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• Desorção gasosa (air stripping):

• Nitrito pode ser removido por cloração:

2NO2- + Cl2 + 8H+ N2 + 4H2O + Cl-





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✴À medida que cloro é adicionado (gás, hipoclorito ou outro

composto de cloro solúvel em água e que forneça Cl-), o íon

nitrito é oxidado a gás nitrogênio e água.

✴Gás nitrogênio: pouco solúvel em água, removido do sistema

deslocando o equilíbrio para a direita até que todo o nitrito

tenha sido removido





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TRATAMENTO TERCIÁRIO




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Tratamento Terciário última etapa do processo de

tratamento.

Remove compostos que não foram removidos nas etapas

anteriores ou para prover um tratamento adicional de

determinado composto.

continua…




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• Processo destinado à remoção de poluentes específicos (micronutrientes e patogênicos), além de outros poluentes não retidos nos tratamentos primário e secundário.

• Geralmente utilizado quando se deseja obter efluente de qualidade superior

• Conhecido também como “polimento” final



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Ø Micro peneiramento

Ø Adsorção

Ø Oxidação química (POA)

Ø Troca Iônica

Ø Osmose reversa (ou inversa)

Ø Cloração

Ø Ultrafiltração

Ø Eletrodiálise

Tratamento terciário: algumas tecnologias




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• Processos de oxidação química, onde há formação de radical livre de hidroxila (OH.), como agente oxidante.

Processos Oxidativos Avançados (POA’s)

• Radical hidroxila possui elevado potencial de oxiredução, levando à formação d e c o m p o s t o s intermediários mais biodegradáveis.



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POTENCIAL DE OXIDAÇÃO-REDUÇÃO

Agente Oxidante Potencial Redox

F 3,10 eV

OH. 2,80 eV

O. 2,42 eV

O3 2,07 eV

H2O2 1,70 eV



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TIPOS DE POA’S

Fenton (Fe2+ + H2O2)

Ultravioleta (UV)

Ozonólise

H2O2/UV

O3/H2O2

O3/UV

Fenton / UV

Ozonólise

TiO2/UV

O3/UV/H2O2



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Reação Fenton:Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH• + OH-

Espectro ultra-violeta:

• UV-A: 315 – 400 nm Comprimento de onda longo

• UV-B: 280 – 315 nm

• UV-C: 100 – 280 nm (Aplicações ambientais)Comprimento de onda curto


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Ozonólise:

Reação Indireta → Formação de radicais hidroxila, pela decomposição do ozônio

O3 + OH- → O2 + HO2•

O3 + HO2• → 2O2 + HO•



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ADSORÇÃO



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ADSORÇÃO

• Transferência de uma substância de uma solução para uma fase sólida.

• Feita sem mudança química da substância (sem reação) -fisisorção.

• Também pode ser feita uma adsorção química onde o adsorbato reage com uma substância previamente impregnada no adsorvente, através do compartilhamento ou troca de elétrons (quimisorção)




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ADSORÇÃO

• Carvão ativado: adsorvente mais utilizado.

• Tratamento completo de um efluente ou aplicado para

pré-tratamento de correntes a serem tratadas por

outros processos, como osmose reversa, para

melhorar tal tratamento e evitar incrustações nas

membranas.

• Também em pós-tratamentos como após algum

tratamento biológico ou de correção de pH.




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ADSORÇÃO

• Carvão ativado: preparado a partir de matérias primas

carbonáceas: ossos, madeira, carvão mineral, coco,

etc..

• Ativação térmica: desidratação, carbonização e

aplicação de vapor (900˚C)




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Carvão ativado granulado

• Equação matemática que calcula a eficiência do processo denomina-se ISOTERMA




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Troca Iônica



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Troca Iônica

• Processo físico no qual os íons dissolvidos em um líquido ou gás interagem com íons sobre um meio sólido.

• Íons do meio sólido estão associados a grupos funcionais

• Meio sólido está imerso no líquido ou gás que se quer tratar.





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Troca Iônica

• Resinas: obtidas pela polimerização de vários compostos orgânicos

• Resina catiônica - remove cátions: Zn2+, Ni2+, Mg2+, etc…

• Resina aniônica - remove ânions: SO42-, CrO4

2-, etc…

• Sentido das reações: depende da afinidade da resina pelos diversos ions em solução: seletividade da resina




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Seletividade depende:

• P e T

• Natureza e valência do íon

• Tipo de resina (gel ou macro)

• Grau de saturação

• Concentração Iônica da solução aquosa

• Força iônica




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Catiônicas:

• Mais afinidade por cátions de maior valência

• De mesma valência - cátions maiores

Ex: Seletividade decrescente

Ba2+ > Ca2+ > Zn2+ > K+ > Na+ > H+




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Aniônica:

• Mais afinidade por ânions fortes (sulfato, cloreto, nitratos) sobre os fracos (carbonatos, bicarbonatos, silicatos)

• Seletividade decrescente para ânions fortes sobre fracos

• H2SO4, HCl - regeneram catiônicas

• NaOH à quente - regeneram aniônicas

• São caras!




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www.stihl.com.br

Colunas de troca Iônica para tratamento de água

www.upe.com.br




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Processos de separação com membranas: vem se tornando importantes como alternativas aos processos convencionais de separação nas indústrias químicas, farmacêuticas, biotecnologias, alimentos e de petróleo.

Diversos fatores contribuíram para o avanço científico e tecnológico dos PSM, ocorridos nos últimos 30 anos. Dentre eles: menor consumo energético em comparação aos processos de separação convencionais e a melhor qualidade das membranas


Processos de Separação com Membranas (PSM)



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✓ Uma fase é a alimentação enquanto outra é o permeado.

✓ A separação ocorre porque a membrana tem a capacidade de

transportar um componente, a partir da alimentação, mais

eficientemente que qualquer outro componente presente na

alimentação.



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Representação esquemática de duas fases separadas por uma membrana



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Filtração com Membranas

Inclui

• Microfiltração

• Ultrafiltração

• Nanofiltração

• Osmose Reversa

• Eletrodiálise




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Filtração com Membranas

Equipamentos típicos de filtração com membranas

www.apv.com www.pall.com

www.alfalaval.com




[email protected]ção com Membranas Fonte: Petrobras


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Filtração com Membranas – Unidades ModularesFonte: Petrobras




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Caracterização da membrana




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Bomba de Pressurização

TRATAMENTO TERCIÁRIOMembranas



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Filtração com Membranas Vantagens · Alta eficiência;· Poucas partes móveis;· Compactas e adequadas para uso em atividades com pouco

espaço disponível; Desvantagens · Baixo fluxo;· Manutenção;· Sensíveis a mudança na corrente de alimentação;· “Fouling”;· Necessitam de produtos químicos para limpeza que precisam !

ser descartados;· Alto investimento inicial (custo tem diminuído)


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Filtração com membranas

Glicose, minerais, surfactantes,pesticidas

Sais minerais, complexos metálicos

Microfiltração

Ultrafiltração

Nanofiltração

Osmose reversa

Sólidos suspensão

Bactérias, vírus, coloides, cor

Água


0,1 a 10 μm

0,005 a 0,05 μm

0,0005 a 0,005 μm

0,0001 a 0,001 μm

Observação: Gases dissolvidos (CO2, O2) não são removidos



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Filtração

Ultrafiltration CONVENTIONAL FILTRATION

Sands

Algae and protozoans

Bacteria

Colloids

Humic acids

Metal ions

Pesticides

Dissolved salts

Sugars

Molecularweight

Viruses

Angström

MICRON

IONS MOLECULES MACRO MOLECULES MICRO PARTICLES MACRO PARTICLES

VISIBLE TO NAKED EYEOPTICAL MICROSCOPESCANNING ELECTRON MICROSCOPE

Note : 1 Angström = 10-10 meter = 10-4 micron

Reverse Osmosis

Nanofiltration

Microfiltration



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OSMOSE REVERSA (ou Inversa)



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OSMOSE REVERSA (ou Inversa)

Osmose: fluxo natural de transporte de um solvente através de membrana semi-permeável de uma solução diluída para uma concentrada, em conseqüência da diferença dos potenciais químicos dos dois lados da membrana.

Fluxo osmótico: até atingir um novo equilíbrio, quando há igualdade dos potenciais químicos das soluções de ambos os lados da membrana - alcançada em razão de diferença de pressão existente entre os dois lados da membrana.




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OSMOSE REVERSA

Osmose Reversa obtida pela aplicação mecânica de uma pressão superior à Pressão Osmótica do lado da solução

mais concentrada.




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OSMOSE REVERSA

• Princípio: permite a passagem de moléculas de água através de uma membrana, a qual impede a passagem das moléculas ou dos íons considerados poluidores.

• Usada basicamente para reduzir salinidade.

• Reduz também sílica e material orgânico coloidal com alto peso molecular

• Não é normalmente aplicada sem pré-tratamento já que as membranas estão sujeitas à incrustação e entupimento.




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OSMOSE REVERSA

Com solvente puro em ambos os lados da membrana semi-permeável (T,P): fluxo zero.

Com pressão no lado da solução de sais, superior à pressão osmótica: inversão do fluxo no sentido da água pura.

Osmose Reversa: quando o solvente é transferido por pressão externa de uma solução com alta concentração de soluto para uma solução com concentração baixa de soluto.




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OSMOSE REVERSA

• Utilizada na indústria para produção de água ultra-pura desde 1976.

• Sistema modular pode atingir capacidade superior a 13 mil m3/ dia

• É o nível final de processos de filtração disponíveis.

• Barreira a todos os sais dissolvidos e moléculas inorgânicas bem como as orgânicas acima de PM 100.




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Osmose reversa

http://www.bigbrandwaterfilters.com

Membrana típica para tratamento de água por osmose reversa




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Osmose reversa

TRATAMENTO TERCIÁRIO!"#$#%&'$()!&"*+,"+(

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Bomba de Pressurização



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Osmose reversa


[email protected]

Osmose reversa



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NanoFiltração




[email protected]

NanoFiltração

Aplicações Principais

Abrandamento (remoção da dureza)Remoção de orgânicos

Aplicações Principais:

Abrandamento

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Remoção de orgânicos




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Equipamentos de UF e MF

Aplicações Principais

Pré-tratamentoRemoção de O&G Reúso de efluente

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Ultrafiltração!"#$#%&'$()!&"*+,"+(

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Membranas!"#$"%&'

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Cassete de Membranas!"##$%$ &$'($)*+","#

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Recapitulando…Tratamento preliminar: remoção de sólidos grosseiros

Tratamento primário: sólidos sedimentáveis e parte de matéria orgânica; sólidos dissolvidos

Tratamento secundário: mecanismos biológicos para remoção de m.o. e nutrientes (P e N) e sólidos não sedimentáveis e coloidais

Tratamento terciário: nutrientes, patogênicos, metais pesados dissolvidos em baixa concentração




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OPERAÇÕES UNITÁRIAS E PROCESSOS

PARA TRATAMENTO DE EFLUENTES E

REMOÇÃO DE CONTAMINANTES

VISÃO GERAL



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Operações Unitárias e processos para tratamento de efluentes

CONTAMINANTE OPERAÇÃO OU SISTEMA DE TRATAMENTO

Sólidos suspensos

Ø Gradeamento e cominuiçãoØ Caixa de areiaØ Sedimentação Ø FiltraçãoØ FlotaçãoØ Coagulação / sedimentação

Orgânicos (biodegradáveis)

ØLodo ativadoØFiltro biológicoØDisco biológico (Bio disco)ØVariações tecnológicas em lagoasØTratamento físico-químico

Orgânicos voláteisØAdsorçãoØ“Air stripping”ØCaptura e tratamento do gás



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Patogênicos

Ø Tratamento com cloro, hipoclorito, bromoØ OzonizaçãoØ Radiação UVØ Peróxido de hidrogênio

Nutrientes (N)

ØVariações do processo de nitrificação e desnitrificaçãoØTroca IônicaØ“Stripping”da amônia

Nutrientes (P)ØAdição de sal metálicoØAdição de calØProcesso biológico



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Orgânicos refratários

Ø Adsorção em carvão ativadoØ Ozonização terciáriaØ Osmose reversaØ Nanofiltração / UltrafiltraçãoØ Sistemas naturais (áreas alagadas, p .ex.)

Metais pesados

Ø Precipitação químicaØ Troca IônicaØ Sistemas naturais (áreas alagadas, p .ex.)Ø Nanofiltração / Ultrafiltração

Sólidos orgânicos dissolvidos

Ø Osmose reversaØ Troca iônicaØ Adsorção em carvão ativadoØ EletrodiáliseØ Nanofiltração / Ultrafiltração

(Adaptado de Tchobanoglous, 1991)




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üResumo das tecnologia de tratamento de efluentes

üExemp lo de c i r cu i t o t í p i cos de tratamentos de água e esgoto




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Pré-Tratamento Tratamento primárioTratamento primário Tratamento secundárioTratamento secundário Tratamento terciárioTratamento terciárioTratamento terciário

Químico Físico Biológico Físico Químico Biológico Fis-Químico

•Gradea-mento•Caixa desarenadora•Equalização

•Coagulação•Floculação•Neutralização•Precipitação

•Decantação•Flotação•Filtração

•Filtros biológico•Biodisco•Digestão aeróbia•Digestào anaeróbia•Nintrificação•Denitrificação•Remoção do Fósforo

•Decantação

•Esterliziação

• Precipitação• Oxidação

•Tratamentos passivos

•Troca Iônica• Adsorção•Membranas• OR

RESUMO DAS TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO DE EFLUENTES




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RESUMO DAS TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO DE EFLUENTES

Seleção das tecnologias e do regime de mistura:

•Resultado de um balanço AMBIENTAL e ECONÔMICO,

nos quais entram em consideração

Ø tecnologia disponível

Ø consumo de energia,

Ø disponibilidade de espaço e

Ø custos associados (ex.: mais terreno para lagoas facultativas).




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Caracterização do efluente Determinação do objetivo

Seleção das possíveis tecnologias

Testes em laboratório e/ou piloto

Projeto de uma ou mais alternativas

Seleção de material para equipamentos

Viabilidade econômica do processo escolhido

Seleção e instalação do processo

Fluxograma genérico de seleção e

desenvolvimento de um sistema de tratamento de

efluente

(adaptado de Industrial Waste Treatment Handbook, 2nd Ed.,Elsevier, Inc., 2006)



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Circuito típico de geração e tratamento de efluentes industriais (adaptado de Industrial Waste Treatment Handbook, 2nd Ed.,Elsevier, Inc.)

Matéria prima

Poço

Descarga

Líquidos

SólidosEmissões aéreas

Resíduos Produtos Co-produtos

Reciclagem

água superficial

Descarte

Resíduossólidos

ProcessoIndustrial

Resíduos

Emissões aéreas

sólidos

Líquidos

Tratamento do efluente

Saída de água de processo

Resíduos

Tratamento: espessamentodeságuesecagem

Tratamento: adicional

Emissões aéreas

entrada de água

Tratamento

Descarte

Tratamento da água

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Tratamento de Efluentes Circuito típico com lodo ativado

ELEVATÓRIA DE LODO BRUTO

DESAGUAMENTO DIGESTOR

SECUNDÁRIO

ADENSAMENTO ATERRO

EFLUENTE TRATADO

ESGOTO BRUTO

DECANTADOR SECUNDÁRIO

ELEVATÓRIA DE LODO ATIVADO

TANQUE DE AERAÇÃO

DIGESTOR PRIMÁRIO

GRADEAMENTO

CAIXA DE AREIA

DECANTADOR PRIMÁRIO

Fonte: F. Gonçalves - Petrobras




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Ø Wastewater Engineering: Treatment, Disposal and Reuse, George Tchobanoglous e Franklin L. Burton,, 4ª.

Edição, McGraw-Hill, New York, 2002.

Ø Gestão Ambiental, Josimar Ribeiro de Almeida, Claudia dos S. Mello, Yara Cavalcanti, Thex Editora, Rio

de Janeiro, 2004.

Ø Ecology and our endangered life-supporting systems, Eugene Odum, Sinauer Associates, Inc.,

Massachusetts, EUA, 1993.

Ø Princípios Básicos de Tratamento de Esgotos, M. von Sperling, volume 2, ABES, Rio de Janeiro, 1996.

BIBLIOGRAFIA BÁSICA

Ø Seleção de indicadores de estado e avaliação de sensibilidade dos sistemas naturais às ações antrópicas, Gustavo Araujo, Lais Alencar de Aguiar, Josimar Ribeiro de Almeida, Paulo Sérgio Moreira Soares e Roberto de Barros Emery Trindade, Série Gestão e Planejamento Ambiental, no.2, CETEM – www.cetem.gov.br, 2005

Ø Química Ambiental, Colin Baird, 2ª.Ed., Bookman, Porto Alegre, 2004.Ø Tecnologia de sistemas passivos para o tratamento de drenagem ácida de minas, Roberto de Barros Emery

Trindade e Paulo Sérgio Moreira Soares, Série Gestão e Planejamento Ambiental, no.30, CETEM – www.cetem.gov.br, 2004



Controle e tecnologia ambiental. Tecnologia de Tratamento de Água e Efluente. Parte 2

Technology

lei da termodinmica

rio de janeiro

processos

equipamentos

ausncia de

potencial

cmara de flotao

adsoro carvo