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Universidade Federal Fluminense
Avaliação de metodologias de tratamento de efluent
Nívia de Mello
Universidade Federal Fluminense
Instituto de Química
Química industrial
Avaliação de metodologias de tratamento de efluent es industriais com vistas ao
reúso.
Nívia de Mello Nascimento
Niterói
2016
Avaliação de metodologias de tratamento es industriais com vistas ao
Nascimento
Nívia de Mello Nascimento
Avaliação de metodologias de tratamento de efluente s industriais com vistas ao reúso.
Monografia apresentada ao Curso de
Graduação de Química Industrial da
Universidade Federal Fluminense
como requisito parcial para a
obtenção do Grau de Bacharel em
Química Industrial.
Orientadora:
SÍLVIA MARIA SELLA
Niterói
2016
N 244 Nascimento, Nívia de Mello Avaliação de metodologias de tratamento de efluentes in- dustriais com vistas ao reúso./ Nívia de Mello Nascimento.-- Niterói : [52 p.], 2016. xxf. Trabalho de Conclusão de Curso--(Bacharelado em Quími- ca Industrial), 2016. 1. Água. 2. Recurso hídrico; aspecto econômico. 3. Reúso da água. 4. Legislação ambiental. 5. Metodologia. I. Título. CDD. : 333.91
Dedico este trabalho ao meu pai, Moacyr Nascimento Jr.(in memoriam), pelo seu amor, carinho, cuidado e orientação que sempre foram constantes e determinantes na minha vida.
Woody Allen
Agradecimentos
A Deus, por ter me abençoado ao longo desta jornada com muita sabedoria,
coragem e força.
Ao meu pai que não está mais aqui conosco, mas que sempre me ensinou a
importância de sermos perseverantes, seguirmos nossa intuição e tentar dar sempre
o nosso melhor em tudo que fizermos. E também por enfatizar e incentivar a minha
formação profissional, sempre dizendo a mesma frase “A maior herança que deixo
para você é sua educação”.
A minha mãe, meu padrasto e meu irmão, que são os meus pilares, por terem muita
paciência, amor e carinho comigo, me ajudando nos momentos mais difíceis para
que eu não desistisse da UFF.
Ao meu primo Alexandre Gomes, pelos conselhos, incentivos e por ser um exemplo
de profissional para mim.
Aos meus amigos que graças a UFF conheci, por me ajudarem, me incentivarem e
não desistirem de mim, mesmo diante de tantas ausências minhas. Agradeço em
especial a Anderson Costa, Daniele Portugal, Fernanda Krajewski, Fernanda Pinto,
Gustavo Mangia, Munique Ferreira, Roberto Ferreira e Thaís Barbosa.
A algumas pessoas que foram muito especiais e presentes ao longo dessa trajetória
na UFF, dividindo momentos de aflição e grandes dificuldades. Em especial a Ana
Paula Sposito, Bruno Salarini, Janiny Lacerda, Ludmila Almeida, Maria Bernadete,
Marcos Palmeira, Melissa Chamon e Neiva Rosa.
À minha orientadora Sílvia Sella, que teve muita paciência e atenção, me auxiliando
na concretização deste trabalho.
À professora Mônica Maia, por suas orientações e preocupações, e por ter me
apresentado esse tema de Reúso de Efluentes.
Aos professores Carlos Eduardo Côrtes e Martha Araújo, por não medirem esforços
para me ajudar sempre que precisei.
À professora Lídia Yokayama, à Nathália Oliveira e ao Luciano Dias, que me deram
oportunidade de trabalhar no LABTARE-UFRJ.
Ter talento é sorte. O importante na vida é ter coragem.
Woody Allen
Resumo
Segundo a secretaria de recursos hídricos do Ministério do Meio Ambiente cerca de
70% da superfície do planeta é composta por água. Entretanto, apenas 2, 5% deste
total correspondem à água doce, própria para consumo. Ainda segundo a secretaria,
a maior parte deste recurso natural é destinada à produção de alimentos e na
indústria. O aumento no consumo, provocado pelo desenvolvimento de novas
tecnologias e serviços, além do crescimento populacional e do desperdício, tende a
provocar a escassez deste bem, fundamental para a vida. Segundo dados de 2012,
disponibilizados na rede, o Brasil está em 40 lugar entre os países que mais usam
água para a produção de bens de consumo. Portanto é imprescindível o
desenvolvimento de tecnologias que visem o uso racional deste recurso.Este
trabalho tem como objetivo avaliar as tecnologias adotadas para fins de tratamento
de efluentes de indústrias, com vistas a possível reúso no próprio setor
produtivo.Considerando a gama variada de indústrias de bens de consumo, optou-se
por avaliar as metodologias de tratamento de efluentes das indústrias cervejeiras,
têxteis e de metal-mecânica, cujas atividades se destacam em função da quantidade
e da qualidade da água utilizada na produção, além da geração de efluentes com
alta carga poluidora.
Palavras-chave: Reúso, tratamento, efluente, água, indústria.
Abstract
Accordingly to water resources secretary from Brazilian Ministry of the Environment,
water covers approximately 70% of the earth surface. However, only 2.5% is
freshwater, which is proper to consume. Moreover, most of this natural resource is
used in industries and to produce food. The greater consumption, due to the new
technologies development and services, allied to population growing and waste, may
to come to scarcity of this resource, which is fundamental to life. Data from 2012
shows that Brazil is in the 4th position, between countries, that uses more water for
commodities production. Therefore is indispensable the development of new
technologies that helps to reduce and rationalize the use this natural resource. This
work aims to evaluate the technologies that are use nowadays to industries effluent
treatment, to intend a possible reuse in the own productive system.Taking into
account the variety of commodities industries, it was evaluated the effluent treatment
methodologies from beer, textile and engineering industries, whose activities requires
high amount of water as well as from good quality. In addition, these industries
generates effluents with high pollutant load.
Keywords: Reuse, treatment, effluent, water, industry.
SUMÁRIO
1. Introdução ............................................................................................................. 1
2. Justificativa ........................................................................................................... 2
3. Objetivo Geral ....................................................................................................... 2
3.1 Objetivos específicos ..................................................................................... 2
4. Revisão da Literatura ............................................................................................ 3
4.1 Efluentes industriais ....................................................................................... 3
4.2 Parâmetros de caracterização de efluentes industriais .................................. 4
4.2.1 Sólidos totais ........................................................................................... 5
4.2.2 Temperatura ............................................................................................ 6
4.2.3 Cor ........................................................................................................... 6
4.2.4 Turbidez ................................................................................................... 7
4.2.5 Odor ......................................................................................................... 7
4.2.6 Potencial Hidrogênionico (pH) ................................................................. 7
4.2.7 Alcalinidade ............................................................................................. 8
4.2.8 Nitrogênio e fósforo ................................................................................. 8
4.2.9 Demanda bioquímica de oxigênio (DBO) .............................................. 10
4.2.10 Demanda Química de Oxigênio (DQO) .............................................. 10
4.2.11 Carbono orgânico total (COT) ............................................................ 11
4.2.12 Oxigênio dissolvido (OD) .................................................................... 12
4.2.13 Óleos e Graxas .................................................................................. 12
4.2.14 Constituintes biológicos ...................................................................... 12
4.3 Tecnologias de tratamento de efluentes ...................................................... 13
4.3.1. Coagulação e Floculação ...................................................................... 14
4.3.2 Sedimentação e Flotação ...................................................................... 15
4.3.3 Adsorção com carvão ativado................................................................ 16
4.3.4 Processos de separação por membranas ............................................. 18
4.3.5 Neutralização ......................................................................................... 20
4.3.6 Filtração ................................................................................................. 20
4.3.7 Oxidação química convencional ............................................................ 21
4.3.8 Oxidação avançada ............................................................................... 22
4.3.9 Tratamento biológico ............................................................................. 24
4.4 Reúso de efluente na indústria ..................................................................... 26
5. Avaliação das metodologias ............................................................................... 33
5.1 Indústria cervejeira ....................................................................................... 33
5.2 Indústria têxtil ............................................................................................... 36
5.3 Indústria metal-mecânica ............................................................................. 39
6. Conclusões ......................................................................................................... 44
7. Referências Bibliográficas .................................................................................. 45
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1. Esquema de classificação dos sólidos totais .............................................. 5
Figura 2. Reação que ocorre na análise de DBO ..................................................... 10
Figura 3. Reação que ocorre na análise de DQO .................................................... 11
Figura 4. Esquema genérico do processo de flotação ............................................. 16
Figura 5. Sistema industrial de adsorção em leito fixo ............................................. 17
Figura 6. Esquema dos processos de osmose reversa e da separação por osmose19
Figura 7. Esquema simplificado de um sistema de tratamento de Lodo Ativado ..... 25
Figura 8. Reúso macro interno em cascata ............................................................... 27
Figura 9. Reúso macro interno de efluente tratado ................................................... 28
Figura 10. Esquema da composição do sistema de tratamento ................................ 35
Figura 11. Representação esquemática de um reator de oxidação química ............. 38
Figura 12. Fluxograma da unidade de bancada de osmose reversa ......................... 41
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Tabela de classificação de contaminantes presentes em efluentes .......... 13
Tabela 2. Características de processos de separação por membrana ..................... 18
Tabela 3. Principais agentes oxidantes utilizados para o tratamento de efluentes ... 21
Tabela 4. Etapas do Projeto de Reúso de Água na Indústria ................................... 29
Tabela 5. Classificação das águas doces estabelecidas na resolução 357/05 ......... 32
Tabela 6. Caracterização do afluente de alimentação .............................................. 34
Tabela 7. Características do efluente bruto e do tratado biologicamente .................. 37
Tabela 8. Caracterização do efluente tratado nas três etapas .................................. 40
Tabela 9. Comparação entre valores exigidos para o reuso e os resultados
encontrados ............................................................................................................... 43
LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS
ABNT
CONAMA
COT
DBO
DQO
EPA
FAD
FAI
MF
µm
NF
OD
OMS
OR
pH
POA
PNRH
ST
UF
UV
Associação Brasileira de Normas Técnicas
Conselho Nacional de Meio Ambiente
Carbono Orgânico Total
Demanda Bioquímica de Oxigênio
Demanda Química de Oxigênio
Environmental Protection Agency
Flotação por Ar Dissolvido
Flotação por Ar Induzido
Microfiltração
Micrômetro
Nanofiltração
Oxigênio Dissolvido
Organização Mundial de Saúde
Osmose Reversa
Potencial Hidrogenionico
Processo Oxidativo Avançado
Política Nacional de Recursos Hídricos
Sólidos Totais
Ultrafiltração
Ultravioleta
1
1.Introdução
A água por sua devida importância, em sentido amplo, atinge desde as
necessidades básicas vitais dos seres vivos até o desenvolvimento da vida em
sociedade. Suas aplicações encontram um relevante espaço em atividades
econômicas, como na agricultura, na indústria e nas utilizações domésticas.
Em vista disso e do crescimento exponencial da população e da urbanização,
a demanda por recursos hídricos sempre tende a ser progressiva, trazendo em
pauta a exploração indiscriminada e inconsciente desses recursos, além de
alterações climáticas que estão provocando modificações no ciclo hidrológico na
natureza, derrubando o conceito de constante renovação agregado à agua, e dessa
forma comprometendo a sua disponibilidade.
A conservação da água tornou-se imprescindível para a manutenção do
desenvolvimento da civilização humana,o uso mais racional desse recurso e o
estudo de fontes hídricas alternativas passaram a integrar essa visão e fizeram
diversos setores econômicos mudarem sua postura com relação ao consumo de
água.
O tratamento de efluentes é um ponto crucial nessa discussão, já que é
através deste que se pode evitar ou ao menos minimizar a degradação dos corpos
hídricos. Os resíduos líquidos gerados, principalmente, pelas atividades agrícolas e
industriais trazem uma carga poluidora alta, que se não forem devidamente tratados
podem deteriorar os seus corpos receptores.
Nas duas atividades citadas no parágrafo anterior, cujos consumos de água
são muito elevados, o reúso de efluentes tornou-se uma alternativa de suprir essa
grande demanda, trazendo mais economicidade, fomentando a sustentabilidade,
reduzindo a dependência dos recursos naturais e os riscos de suspensão das
atividades no caso de uma escassez.
O reúso industrialapresentauma discussão bem ampla devido à existência de
diversas ramificações, tais como farmacêuticas, químicas, alimentícia, termelétricas,
entre outras. Essa diversificação de produções leva à fabricação
2
dos mais variados bens de consumo, acarretando,também, necessidades de
quantidade e qualidade da água bem específica.
É estecontexto abrangente do reúso de águana indústria, que o presente
trabalho pretende avaliar, analisando a variação de metodologias empregadas para
aplicação do reúso de efluentes, trazendo uma visão da produção e da geração de
efluentes específicos dos principais tipos de indústrias, cujos potenciais de reúso
estão presentes.
1. Justificativa
A prática do reúso de efluentes na indústria é uma questão cada vez mais
abordada atualmente e que deve ser fomentada. O certame dessa prática está nos
benefícios de caráter ambiental, social e econômico que ela traz. Incorporam-se
aspectos de sustentabilidade e bem-estar social à produção de bens e serviços, já
que mitiga a degradação de fontes hídricas.
Pontos cruciais para implantação de um sistema de reuso num ambiente
industrial devem ser estudados e desenvolvidos. Entre esses pontos, estão as
tecnologias empregadas para o tratamento dos efluentes gerados e parâmetros de
água exigidos para aplicação de reúso em atividades específicas. Esses devem ser
objetos de estudo em laboratórios de pesquisas para a elaboração de um projeto de
reuso em escala industrial.
2. Objetivo Geral
Avaliar, por meio de revisão de trabalhos de pesquisas publicados,
metodologias empregadas nos processos de reúso de efluentes industriais.
2.1 Objetivos específicos
� Analisar osparâmetros de caracterização e as tecnologias de
tratamento empregadas nos efluentes gerados nas indústrias
cervejeira, têxtil e metal-mecânica;
3
� verificar para quais atividades nessas três indústrias o reúso do
efluente tratado é viável.
3. Revisão da Literatura
A revisão da literatura, nesse trabalho, vai englobar conceitos que dão
embasamento para o entendimento das metodologias de reúso de efluente
industrial. Esses conceitos estão relacionados a características dos efluentes
gerados na indústria, processos de tratamento de efluentes e reúso de efluentes.
3.1 Efluentes industriais
De uma forma geral, o efluente é definido como sendo o termo usado para
caracterizar os despejos líquidos provenientes de diversas atividades ou processos.1
No cenário industrial, a origem de efluentes é decorrente de uma ampla
variedade de atividades que dependem de água para se concretizarem. Como
exemplo destas atividades têm-se o uso da água para: lavar máquinas, tubulações e
pisos; comofluidos de torres de resfriamento ou de geradores de vapor; participar de
etapas do processo industrial ou ser incorporada ao produto; entre outros. 2
Dessa forma, uma definição genérica da composição de efluentes industriais
para os variados setores torna-se impossível. Cada setor emprega um tipo de
produção, de tecnologia, de tempo no regime de operação etc. A avaliação mais
apurada das características dos efluentes gerados por uma determinada indústria
exige um conhecimento mais detalhado de todo processo produtivo, principalmente,
com relação a matérias-primas e insumos utilizados. 3
Algumas características são típicas de efluentes gerados em determinada
indústria. Alguns perfis estão exemplificados a seguir:
4
Indústria cervejeira – encontra-se grande quantidade de açucáres (malte e
cevada),além de partículas de terras diatomáceas oriundas da filtração do mosto e
óleos minerais. Apresenta um pH ácido ou neutro e a DQO é normalmente de 2.000
mg O2/L.2
Indústria têxtil – efluentes com alta concentração de álcalis, carboidratos,
proteínas, corantes (naturais e sintéticos), e metais pesados. 2
Indústria farmacêutica – efluentes com alta concentração de matéria orgânica,
sais e toxicidade. 2
3.2 Parâmetros de caracterização de efluentes indus triais
Os efluentes industriais têm uma carga poluidora que deve ser controlada. A
destinação destas águas residuais, seja para disposição em corpos receptores ou
para reutilização, exige um tratamento prévio adequado. Para definir as tecnologias
que serão empregadas no tratamento, são necessárias análises químicas, físicas e
biológicas dos componentes poluidores presentes nessas águas. 4
A maioria dos setores industriais, a fim de definir qual tecnologia será
aplicada, leva em consideração além das características dos efluentes, as
exigências das legislações, a área disponível e o custo envolvido. Os parâmetros de
análise que são comumente aplicados para caracterizar os efluentes industriais
estão listados a seguir: 5
• Sólidos totais
• Temperatura
• Cor
• Turbidez
• Odor
• pH
• Alcalinidade
• Nitrogênio/fósforo
• DBO
5
• DQO
• Carbono orgânico total (COT)
• Oxigênio dissolvido (OD)
• Óleos e graxas
• Constituintes biológicos
3.2.1 Sólidos totais
A definição que, geralmente, é dada para sólidos totais e que está relacionada
diretamente ao método de análise, baseia-se no resíduo que se mantém depois da
evaporação e secagem a uma temperatura entre 103 e 1050C. 6
Os sólidos totais (ST) apresentam uma classificação física que separa em
dissolvidos e suspensos. A diferenciação analítica entre os dois está no tamanho da
partícula, que para os sólidos dissolvidos apresentam um diâmetro inferior a 1,2 µm
e superior a este valor para os que estão em suspensão.2,6
Os sólidos totais também são classificados quanto à natureza, que é uma
classificação química, que separa em sólidos fixos, que são substâncias inorgânicas,
e os sólidos voláteis que são substâncias orgânicas.2,6
A figura 1 apresenta um esquema que resume estas classificações de sólidostotais.
Figura 1. Esquema de classificação dos sólidos tota is 2
6
3.2.2 Temperatura
A temperatura do efluente é um parâmetro relevante, pois influencia na
precipitação química, na viscosidade, na absorção do oxigênio, na solubilidade de
compostos e alterações no metabolismo dos organismos presentes no meio. Além
disso, em caso de temperaturas altas pode ocorrer a liberação de gases, alterando o
odor do efluente. 7
Um ponto importante, relacionado ao controle da temperatura, consiste na
redução do oxigênio dissolvido quando há uma elevação da temperatura. Além
disso, para que não prejudique as atividades biológicas, é necessária a manutenção
de temperaturas adequadas na faixa de 25-35oC.8
3.2.3 Cor
A cor da água ou de um efluente é medida pela redução da intensidade da luz
ao atravessar o meio líquido, ocasionada pela quantidade de sólidos dissolvidos.
Estes podem estar em estado coloidal, podendo ser de natureza orgânica ou
inorgânica.9,10
Em efluentes industriais, existem matérias coloidais orgânicas, que
influenciam na determinação da cor e que variam de acordo com o tipo de indústria.
Como exemplos têm-se a presença de taninos nos efluentes de curtume; de anilinas
nos efluentes têxtis; lignina e celulose em efluentes das indústrias de papel, de
celulose e madeira. 9
A turbidez do efluente interfere na determinação da cor, pois absorve parte da
radiação eletromagnética. Sendo assim, são realizadas duas análises de cor: a cor
aparente e a cor real. A cor aparente é a influenciada pela turbidez, sendo esta
causada pela presença de partículas com diâmetro a partir de 1,2 µm. Para medir a
7
cor real, é necessário que o efluente sofra uma filtração, centrifugação ou
sedimentação, a fim de eliminar a interferência da turbidez. 9,10
3.2.4 Turbidez
A turbidez é, de forma semelhante ao parâmetro da cor, medida pela
absorção e dispersão da incidência da luz causada por substâncias em suspensão e
coloidais no efluente. Essas substâncias geralmente são partículas inorgânicas, tais
como argila e areia, partículas orgânicas, bactérias, algas, entre outras.9,10
A determinação da turbidez é um ponto de comparação entre o efluente
tratado biologicamente nos processos anaeróbicos e aeróbicos. No primeiro
apresenta uma turbidez maior devido a um arraste de sólidos para superfície durante
o processo bioquímico de fermentação. 11
3.2.5 Odor
O odor é um fator indicativo da presença de substâncias químicas inorgânicas
e orgânicas, e gases dissolvidos no efluente, além de produtos decorrentes do
metabolismo de micro-organismos, como algas e cianobactérias. 10
Nos efluentes industriais, o odor é causado, como exemplos, pela geração de
ácidos voláteis e gás sulfídrico(H2S) em reações de fermentação; de aromas em
industrias farmacêuticas; solventes em industrias de tintas, refinarias de petróleo e
pólos petroquímicos; amônia do chorume. 2
3.2.6 Potencial Hidrogênionico (pH)
O pH é um parâmetro químico que mede a concentração de íons hidrogênios
na solução, definindo se o efluente está ácido, alcalino ou neutro. Matematicamente,
8
o pH é igual ao negativo do logaritmo da concentração desses íons hidrogênios (pH
= - log [H+]).O valores de pH variam de 0 a 14, é considerado ácido se estiver com
valores abaixo de 7,0, básico acima de 7,0 e neutro igual a 7,0. 11,
A medida da concentração de íons hidrogênio está diretamente relacionada
com a dissociação das moléculas de água. Por isso a existência da grande maioria
de constituintes químicos no efluente está relacionada com o pH do meio. 12
O pH está atrelado à solubilidade das substâncias e à toxicidade apresentada
no efluente. Como exemplos, em pH básico pode ocorrer a solubilidade de amônia
(NH3), de metais pesados e alguns sais, além de haver a precipitação de sais de
carbonato; em pH ácido, pode elevar a concentração de dióxido de carbono e ácido
carbônico. 13
3.2.7 Alcalinidade
A alcalinidade é mensurada pelas concentrações dos íons hidróxidos[OH-],
carbonatos [ CO32-] e bicarbonatos [HCO3
-]. Por isso, a alcalinidade total é
definidacomo sendo o somatório das concentrações desses íons e mede a
capacidade de tamponamento da água ou do efluente.
Um monitoramento da alcalinidade deve ser realizado no efluente, caso este
venha ser reutilizado no processo. Principalmente, nas indústrias de papel, têxtil e
bebidas deve haver esse monitoramento, pois pode destruir reagentes ácidos,
corantes, floculantes e aromatizantes. 3
3.2.8 Nitrogênio e fósforo
Os elementos nitrogênio (N) e fósforo (P) são parâmetros que devem ser
controlados nas águas residuais. Esses elementos, se despejados no corpo receptor
em quantidades elevadas, podem provocar a eutrofização, modificando as
9
propriedades da água e ocasionando uma retenção de lodo no leito desses corpos
receptores. 14
Por outro lado, esses dois elementos são considerados nutrientes básicos
para alimentação de micro-organismos. Desta forma, é necessário que tenha uma
quantidade mínima para que esse efluente possa ser tratado biologicamente. 12
As formas de nitrogênio comumente encontradas nos efluentes são a amônia
(NH3), o íon amônio (NH4+), o gás nitrogênio (N2), o íon nitrito (NO2
-) e o íon nitrato
(NO3-). Além disso, em compostos orgânicos, encontra-se nitrogênio em
aminoácidos, açúcares aminados e proteínas (polímeros de aminoácidos). 12
A principal forma do fósforo presente em efluentes é de fosfato (PO4)3-. Este
pode ser classificado em ortofosfatos, fosfatos condensados (piro-, meta- e outros
polifosfatos) e fosfatos constituindo compostos orgânicos.15
Os efluentes industriais, que apresentam quantidades maiores de nitrogênio e
fósforo, têm origem na produção de fertilizantes, laticínios, plásticos, explosivos,
pesticidas, amônia, ácido nítrico, entre outros.16
A análise de nitrogênio orgânico e nitrogênio amoniacal é realizada pelo
método Kjeldahl. Nesse método, há, normalmente, uma destilação do nitrogênio
amoniacal e depois uma digestão do nitrogênio orgânico, que é transformado em íon
amônio, sendo essa digestão feita com calor e ácidos. A determinação do nitrogênio
Kjeldahl total ocorre sem haver essa destilação prévia, determinando todo o
nitrogênio (amoniacal e orgânico) pela digestão. 12,6
Para o fósforo, o procedimento de análise de qualquer espécie, de uma forma
geral, ocorre com por meio da sua conversão a ortofosfato (caso não esteja nesta
forma) seguida de um método colorimétrico. A formação do ortofosfato pode ser
através de hidrólise ou digestão ácida, e a determinação colorimétrica pode ser com
a utilização de ácido ascórbico ou ácido vanadomolibdofosfórico.6
10
3.2.9 Demanda bioquímica de oxigênio (DBO)
A demanda bioquímica de oxigênio é um indicador indireto do carbono
orgânico biodegradável presente no efluente. A DBO determina a quantidade de
oxigênio dissolvido que os micro-organismos necessitam para realizarem a oxidação
bioquímica da matéria orgânica contida. Essa reação entre o oxigênio e a matéria
orgânica está esquematizada na figura 2. 17
matéria orgânica+ O2CO2 + H2O + NH3 + novas células
Dessa forma, a medição da DBO é a quantidade de oxigênio que vai
estabilizar a matéria orgânica. A estabilização completa pode demorar muitosdias,
por isso foi estabelecido um padrão de 5 dias e temperatura de 20oC para as
análises de DBO, sendo por isso chamado de DBO5 . 17
Os testes de DBO consistem em bioensaios, onde os micro-organismos
(geralmente bactérias) entram em contato com a matéria orgânica do efluente.
Esses testes são considerados indicativos da capacidade poluidora em termos da
quantidade de oxigênio dissolvido. 8
Esses testes, além de degradar a matéria orgânica (DBO carbonácea), oxida
material inorgânico como Fe2+ e S2- (DBO imediata) e formas reduzidas de
nitrogênio, como nitrito e amônia (DBO nitrogenada). 18
3.2.10 Demanda Química de Oxigênio (DQO)
A DQO mede o quanto de oxigênio é gasto para oxidar a matéria orgânica
presente no efluente. Esta medida é realizada por meio da oxidação dessa matéria
por um forte agente oxidante que, geralmente, é o dicromato (Cr2O7)2-, em condições
ácidas (figura 3). Desta forma, há uma proporcionalidade entre quantidade de
bactérias
aéróbicas
Figura 2. Reação que ocorre na análise de DBO 18
11
oxigênio e do agente oxidante, por isso a unidade de medida de DQO é em mg
O2/L.18
A DQO é um parâmetro que mede não somente a matéria orgânica oxidável
por dicromato, mas também componentes inorgânicos suscetíveis àoxidação por
esse agente (DQO inorgânica). Dessa forma, a DQO é um fator indicativo de maior
amplitude com relação ao grau de poluição que o efluente pode ter no sentido de
consumo de oxigênio. Porém, essa amplitude na capacidade de oxidação pode
reduzir a precisão na medição de matéria orgânica.8,14
A DQO e a DBO terão valores bem próximos ou iguais se houver no efluente,
predominantemente, matéria biodegradável. A razão entre DQO e DBO assumindo
valores superiores a 5, indica a necessidade de processos de tratamento dessa
DQO inorgânica.18
3.2.11 Carbono orgânico total (COT)
A determinação de carbono orgânico total controla no efluente a totalidade de
moléculas orgânicas, já que o carbono é um elemento presente nas estruturas dos
compostos orgânicos. É um parâmetro complementar às análises de DBO e DQO, já
que não detecta substância inorgânica nenhuma. 19
As análises de COT consistem em transformar o composto orgânico em
dióxido de carbono (CO2), este podendo ser detectado por radiação infravermelha.
As formas de realizar essa transformação podem ser utilizando calor e oxigênio
(reação de combustão), radiação ultravioleta, oxidantes químicos ou combinações
dessas formas.12
Matéria orgânica + K2Cr2O7 + H2SO4 Ag2SO4
CO2 + H2O + K2Cr2O7(residual) HgSO4
Figura 3. Reação que ocorre na análise de DQO 18
12
3.2.12 Oxigênio dissolvido (OD)
Este parâmetro indica a quantidade de oxigênio molecular (O2) que está
dissolvido no meio líquido. O seu aparecimento em águas naturais ou efluentes
deve-se ao contato com o ar atmosférico, à fotossíntese de algas e aos processos
de aeração ocorridos no meio. A redução da concentração de oxigênio dissolvido
ocorre porque foi utilizado por micro-organismos para a depuração de matéria
orgânica. 8,20
Este parâmetro sofre variação em diferentes condições de temperatura,
salinidade e pressão atmosférica. A presença de oxigênio dissolvido em águas de
processo ou efluentes que transitam por tubulações de aço e ferro pode causar a
corrosão destas. 20
As análises desse parâmetro podem ser realizadas por titulação, pelo
chamado método WINKLER ou método iodométrico, que se fundamenta no poder
oxidante do oxigênio. E o método eletrométrico, com eletrodos e membranas
seletivas, fundamenta-se na taxa de difusão do oxigênio nessas membranas.
Normalmente, a quantidade de oxigênio detectada é expressa em mg/L. 6
3.2.13 Óleos e Graxas
É um parâmetro designado a indicar o teor de substâncias orgânicas com
características físicas e químicas semelhantes, baseado na solubilidade destas em
solventes tais como éter de petróleo, n-hexano e triclorotrifluoretano. Dessa forma,
sendo um parâmetro determinado por métodos que envolvem extração líquido-
líquido.12,18
3.2.14 Constituintes biológicos
A composição biológica de poluentes num efluente consiste nos micro-
organismos tais como bactérias, fungos, protozoários helmintos e vírus. Estes são
mais comumente encontrados em esgoto humano, no entanto podem ser detectados
em efluentes industriais e até mesmo na mistura de correntes dos dois tipos de
13
efluentes. Estes constituintes são monitorados, principalmente, por estarem
associados à transmissão de doenças.12
3.3 Tecnologias de tratamento de efluentes
O tratamento de efluentes, de um modo geral, abrange diversos tipos de
processos e operações unitárias. A combinação de quais tecnologias devem ser
empregadas está diretamente relacionada às características do efluente a ser
tratado. É a partir da análise de contaminantes presentes, que se elabora qual
sistema de tratamento será mais adequado. Esses contaminantes podem ser
classificados em seisgrupos, como mostra a tabela 1.3
Tabela 1. Tabela de classificação de contaminantes presentes em efluentes 3
Classe Contaminantes Exemplos
1 Sais inorgânicos
dissolvidos
Íons metálicos e não
metálicos(Cl,Cr 6+,Na+,Mg+,CN-,NH4+,etc.)
2 Gases dissolvidos NH3, H2S
3 Compostos orgânicos
dissolvidos
Solventes, pesticidas, herbicidas, tensoativos
e açúcares, entre outros.
4 Partículas em suspensão Areia, sílica coloidal, sais insolúveis, sólidos
suspensos diversos
5 Microrganismos Bactérias, vírus, protozoários, fungos,
leveduras.
6 Óleos e graxas
Os processos utilizados para a remoção desses elementos presentes nos
efluentes, podem ser classificados em processos unitários físicos, químicos e
biológicos. Eles são encontrados mesclados nos sistemas de tratamento, mas o
14
estudo desses processos assim é mais eficiente, devido aos princípios e objetivos
relacionados a cada tipo.
Os processos unitários físicos são métodos nos quais predominam forças
físicas. Como exemplos dos principais processos desta natureza são o
peneiramento, floculação, sedimentação, flotação, filtração e adsorção. Já os
processos químicos consistem na retirada dos contaminantes utilizando compostos
químicos ou por meio de reações químicas e têm como exemplos mais comuns a
precipitação, transferência de gases, adsorção e desinfecção.E os processos
unitários biológicos destinam-se à retirada de substâncias biodegradáveis, coloidais
ou dissolvidas, e também de nitrogênio e fósforo presentes no efluente.12
Na indústria, alguns processos, dentre esses três tipos, são muito
empregados para o tratamento e pós-tratamento de efluentes industriais, por serem
adequados às características desses efluentes, à medida que removem os
componentes que são necessários para que se atenda aos padrões de qualidade
estabelecidos. Esses processos estão listados a seguir: 3
� Coagulação/floculação
� Sedimentação ou flotação;
� Adsorção em carvão ativado
� Processos de separação por membranas
� Neutralização;
� Filtração
� Oxidação química convencional
� Oxidação química avançada
� Tratamento biológico
4.3.1. Coagulação e Floculação
A coagulação e floculação são processos físico-químicos destinados a facilitar
retirada de partículas coloidais que estejam suspensas e/ou dissolvidas, e não
possuam uma razoável velocidade de sedimentação, necessitando, por isso, desses
15
processos de agregação de suas moléculas para acelerar a separação da parte
líquida. 21
As partículas em meio aquoso tendem a adquirir cargas negativas na interface
com a água, pois adsorvem ânions (Ex: hidroxilas). Essas cargas negativas geram
forças de repulsão, que impendem a agregação e a sedimentação dessas partículas.
Dessa forma, a coagulação consiste em acabar com essas forças de
repulsão, neutralizando essas cargas com adição de compostos (agentes
coagulantes) que geram íons positivos em meio aquoso. Além disso, todo o
processo de coagulação é realizado sob forte agitação para ajudar na
desestabilização das partículas carregadas negativamente. Os agentes coagulantes
mais conhecidos são os sais de ferro e os sais de alumínio. Ambos vão levar à
formação de hidróxidos com baixa solubilidade. Porém, o uso desses sais tem sido
questionado por ocasionar a formação de um lodo tóxico e não biodegradável. 21
A floculação ocorre depois dessa desestabilização do material coloidal,
tratando-se de uma aglutinação dos compostos coagulados por meio de uma força
de atração entre eles. Essa aglutinação vai levar à formação dos chamados “flocos”.
A formação desses flocos acontece com uma agitação mecânica cautelosa, o
suficiente para obter a colisão necessária entre as partículas.21,23
3.3.2 Sedimentação e Flotação
A sedimentação consiste num processo unitário de clarificação e separação
líquido-sólido no efluente. Por ação da gravidade, do empuxo e de resistência ao
movimento, as partículas sólidas acumulam-se no fundo do tanque de
sedimentação, formando um lodo. As características deste lodo e a velocidade de
sedimentação dependem dos sólidos contidos no efluente, inclusive dos flocos
formados nos processos de coagulação e floculação. 2,24,25
A flotação é também um processo unitário que faz a separação líquido-sólido
(figura 4).O mecanismo dessa separação é efetuado através da introdução de
bolhas finas de um gás na fase líquida. As bolhas aderem ao material particulado e a
força de empuxo das partículas e bolhas de gás combinados é suficientemente forte
para provocar ascensão das partículas para superfície.
16
Existem variações do processo de flotação, que se diferenciam pela forma
como as bolhas são formadas. Dentre esses tipos de flotação, destacam-se a
eletroflotação, flotação por ar dissolvido (FAD) e flotação por ar induzido (FAI).25
A flotação abrange diversas aplicações no tratamento de efluentes industriais.
Como exemplo destas aplicações está a remoção de sólidos solúveis totais (SST),
óleos, metais precipitados, pigmentos, gorduras, micro-organismos etc. A utilização
da flotação é indicada, principalmente, para efluentes provenientes de indústrias
petroquímicas, de pescado, frigoríficas e de lavanderias. 2,27
3.3.3 Adsorção com carvão ativado
A adsorção é um processo em que o adsorvato, sendo uma espécie presente
num meio líquido ou gasoso, é transferido para o adsorvente de material sólido e
com uma superfície porosa que proporciona essa transferência. A interação entre o
adsorvato e o adsorvente pode ser de natureza química, por meio de reações
químicas, ou física, resultante de forças de atração. 28
Os materiais mais utilizados como adsorventes são a sílica, alumina e o
carvão ativado. Entre estes, o carvão ativado destaca-se por ter uma superfície com
uma área que pode estar entre 500 a 1500 m2/g e uma composição variada de
grupos funcionais, contribuindo para uma elevada eficiência na adsorção. Além
Figura 4. Esquema genérico do processo de flotação 26
17
disso, apresenta estabilidade térmica, boa funcionalidade em larga faixa de pH, e
capacidade de regeneração.29,30
O tratamento do efluente por meio desse processo pode ocorrer pela mistura
entre o carvão ativado e o efluente, sendo necessária uma posterior filtração ou
sedimentação para retirar o carvão contendo as impurezas adsorvidas. O processo
também pode ser realizado com a passagem do efluente num leito fixo contendo o
carvão ativado. 12,31
Uma ferramenta matemática importante que auxilia na determinação da
quantidade máxima que pode ser adsorvida de um contaminante pelo carvão
ativado, ou qualquer outro adsorvente, é a isoterma de adsorção. Esta consiste
numa curva que relaciona a razão da quantidade adsorvida e da massa inicial do
adsorvente com a concentração de contaminante que ainda estão no fluido. 12,32
Entre os modelos desenvolvidos de isoterma, o mais adequado para
tratamento de efluentes é o de Freundlich. A elaboração de como será o
equipamento de adsorção e as suas condições de operação dependem da forma da
isoterma de adsorção. Um exemplo de equipamento empregado no tratamento de
efluente industrial está na figura 6, que apresenta dois tanques, sendo um
destinadoao processo de adsorção e outro que regenera o carvão para ser
reutilizado.33
A aplicabilidade deste processo no tratamento de efluentes é devida à
capacidade de remoção de contaminantes como íons metálicos, corantes
agrotóxicos, metais pesados entre outros. 32
Figura 5. Sistema industrial de adsorção em leito f ixo 33
18
3.3.4 Processos de separação por membranas
Os processos de separação por membranas (PSM) são similares aos de
filtração, distinguindo-se deste por ter uma capacidade ampliada na remoção de
material, pois alcança materiais com diâmetros menores e espécies dissolvidas.
Além disso, na filtração comum há somente as correntes de entrada (alimentação) e
a que sai do sistema (permeado). Nos PSM existem três correntes: a da
alimentação, do permeado e do concentrado.36
Esses processos são impulsionados por alguma força motriz que pode ser
resultado das variações de: concentração, temperatura, potencial elétrico ou
pressão. No campo de aplicação dos tratamentos de efluentes os tipos de PSM
empregados são os que possuem a força motriz resultante de um gradiente de
pressão. Esses se classificam pelo material que conseguem reter e dos valores de
pressão que podem operar no processo de separação. 3,34
Essa classificação abrange quatro categorias que são as seguintes:
microfiltração (MF), adequada para separar sólidos suspensos, ultrafiltração (UF)
que retém macromoléculas, nanofiltração (NF) consegue separar de forma seletiva
íons multivalentes de íons univalentes e a osmose reversa (OR) para separação de
íons dissolvidos. 35
A tabela 2 mostra os quatro tipos de separação por membranas, os
respectivos gradientes de pressão(força motriz), a composição do permeado e do
material retido na membrana.
Tabela 2. Características de processos de separação por membrana 36
Processos Força motriz (atm) Retido Permeado
Microfiltração (0,5-2) Material em suspensão
Água e sólidos dissolvidos
19
Ultrafiltração (1-7) Colóides e
macromoléculas Água e sais solúveis
Nanofiltração (5-25)
Colóides,
macromoléculas e
íons divalentes
Água e sais solúveis
Osmose Reversa (15 - 80) Todo material solúvel
ou em suspensão Água
A osmose reversa é o PSM mais utilizado atualmente em tratamento de água
e efluentes, sendo a opção mais comumente aplicada para dessalinização. O
mecanismo deste processo baseia-se na aplicação de uma pressão hidráulica
superior à pressão osmótica, invertendo o processo natural de osmose, fazendo o
fluxo da solução mais concentrada (Ex: efluente) ser direcionado para a solução
mais diluída. Dessa forma, o sistema contendo uma membrana densa vai reter o
material dissolvido no líquido. A figura 6 mostra um esquema do mecanismo de
osmose reversa e como ocorre a separação por esse mecanismo. 37
Figura 6. Esquema dos processos de osmose reversa e da separação por osmose 38
20
Além da dessalinização, a osmose reversa é empregada em diversas
atividades na indústria. Como exemplo, têm-se a reutilização de efluente nas
indústrias químicas, de papel e celulose, têxtis; a obtenção de água com elevada
pureza para indústria farmacêutica e de bebidas; para processamento de produtos
lácteos. 34
3.3.5 Neutralização
A neutralização é necessária para ajustar o pH do efluente de acordo com a
sua destinação posterior. A resolução 430/11 da CONAMA determina que o pH
deve estar numa faixa entre 5 e 9 para ser lançado nos corpos receptores. Este
processo de neutralização pode ser realizado em qualquer etapa do tratamento de
efluente.39
Este ajuste é realizado com a finalidade de reduzir a acidez ou alcalinidade.
Os agentes básicos mais comuns são o hidróxido de cálcio, hidróxido de sódio ou
carbonato de sódio. Os acidulantes comumente empregados são o ácido clorídrico,
ácido sulfúrico e ácido carbônico. Estes são ácidos fortes, por isso sua utilização
requer cuidados. Dessa forma, destaca-se o dióxido de carbono como alternativa de
um acidulante que tem uma facilidade maior na operação.40 As reações com o
dióxido de carbono estão apresentadas nas equações 1 e 2:
2OH- + CO2 → CO3 + H2O(1)
CO3 + CO2 + H2O → 2HCO-3(2)
3.3.6 Filtração
A filtração consiste na separação de sólidos que estão suspensos no meio
líquido. Todo o efluente passa por um meio poroso chamado de meio filtrante, onde
os sólidos ficam retidos. Existem diversos tipos de meios filtrantes, a escolha de qual
21
sistema a ser utilizado depende da quantidade de sólidos presentes e do tamanho
destes.39,41,42
Os principais meios filtrantes são filtro tipo cartucho, filtros com meio granular,
filtros à vácuo e filtros prensas. O tipo cartucho são apropriados para efluentes com
concentração baixa de sólidos e os demais tipos, para efluentes com altas
concentrações de sólidos.43,44
3.3.7 Oxidação química convencional
A oxidação química consiste na transformação da composição química de um
composto ou de um grupo de compostos por meio da modificação dos seus estados
de oxidação, sendo consequências das reações de oxidação-redução.
As reações de oxidação-redução são reações químicas nas quais ocorrem
transferências de elétrons. A oxidação consiste na perda dos elétrons e a redução
no ganho desses elétrons. O agente redutor perde os elétrons e sofre oxidação, e o
agente oxidante ganha esses elétrons e sofre a redução.45
As aplicações da oxidação química no tratamento de efluentes destinam-se a
controle de odores e de sulfeto de hidrogênio (H2S), remoção de cor, ferro e
manganês, desinfecção, controle de biofilmes e de depósitos biológicos. O maior
destaque é para o controle de odores e desinfecção, nos quais a oxidação química é
muito eficiente para isso.12
A tabela 3 traz os principais agentes oxidantes utilizados no tratamento de
efluentes.
Tabela 3. Principais agentes oxidantes utilizados para o tratamento de efluentes3
Oxidante Semi-reação Potencial de
Redução E 0(V)
Ozônio O3 + 2H+ 2e- → O2 + H2O 2,070
Peróxido de Hidrogênio H2O2 + 2H + 2e- → 2H2O 1,770
Permanganato MnO- + 4H+ +2e- → MnO2 + 2H2O 1,695
Cloro Cl2 + 2e-→ 2Cl- 1,359
22
Dicromato Cr2O72-+ 14H+ +6e-
→2Cr3+ + H2O 1,330
3.3.8 Oxidação avançada
Os processos de oxidação avançada (POA) conseguem eliminar compostos
mais resistentes, os quais não conseguiram ser removidos por oxidação
convencional. Principalmente no caso de destruição de substâncias orgânicas, os
POA’s têm uma alta eficiência.12,46
Os POA’s utilizam como agente oxidante o radical hidroxila (HO.), que possui
uma reatividade muito elevada. Dessa forma, o ponto crucial destes processos é a
geração desse radical, pois quanto mais rápido for a formação dele maior será a
eficiência da oxidação. 47
O radical hidroxila (HO.) é um oxidante forte (tem um potencial padrão de
redução de 2,80V) com capacidade de transformar poluentes orgânicos em matérias
mais simples como dióxido de carbono, água, ânions inorgânicos e substâncias mais
facilmente degradáveis por técnicas menos complexas. Além dasua alta reatividade,
a sua não seletividade leva à degradação de diversas espécies presentes nos
efluentes, reduzindo as toxicidades destes.46
As principais formas, de como os radicais hidroxila atacam os constituintes
orgânicos presentes nos efluentes, são por meio da retirada de um átomo de
hidrogênio, adição de uma hidroxila a uma ligação insaturada e uma transferência de
elétrons, conforme estão apresentados de forma genérica, respectivamente nas
equações 3,4 e 5:50
HO● + RH → H2O + R● (3)
HO● X2C=CX2→ X2C(OH)-C● X2 (4)
HO● + RX → HO + XR● (5)
A formação deste radical pode ser realizada por diversos métodos. Existem
métodos sem o uso de radiação UV, os quais utilizam somente agentes oxidantes
23
fortes como H2O2 e O3, métodos com adição de radiação UV, além de combinações
de agentes oxidantes e radiação ou com catalisadores como íons metálicos ou
semicondutores.48Alguns processos estão apresentados a seguir:
• Ozónio/Peróxido de hidrogênio
Aplicado em compostos que não absorvem UV ou quando a transmitância do
líquido a ser tratado inibe a fotólise. A reação de geração do radical hidroxila está
descrita na equação 6.12
H2O2 + 2O3 → HO● + 3 O2(6)
• Ozônio/UV
Nesse método, os radicais hidroxilas são gerados diretamente e
indiretamente, acelerando a degradação das espécies orgânicas. Conforme está
apresentado nas equações 7,8 e 9, a fotólise de ozônio leva à formação de peróxido
que, em seguida, pode ser fotolisado ou reagido com o O3.49
O3 + H2O+ hν → O2 + H2O2(7)
O2+ H2O2 +hν→ 2HO●(8)
O3 + H2O+ hν → O3 + HO2(9)
• Peróxido de hidrogênio/UV
Neste processo, os radicais hidroxila são gerados por meio da aplicação de
radiação ultravioleta (UV) na água contendo H2O2. A molécula de peróxido, ao ser
exposta à luz UV numa faixa de comprimento de onda de 200 a 300 nm, tem sua
ligação O-O rompida, dessa forma, levando à formação do radical hidroxila. A
equação 10 resume esse processo .49
H2O2 + UV → HO●+ HO● (10)
• Fenton
A formação da hidroxila, nesse caso, decorre da decomposição do peróxido
de hidrogênio, por meio da reação deste com o íon ferroso (Fe2+) como mostra a
24
equação 11. O íon ferroso atua como catalisador e essa reação necessita de um
meio ácido devido a solubilidade dos íons ferrosos e da presença de complexos não
reativos entre a água e os íons ferrosos.51,52
Fe2++ H2O2 →Fe3+ + HO● + OH-(11)
• Foto-Fenton
Esse método consiste na reação de Fenton com uso de radiação, tendo uma
ampliação da taxa reacional por ocorrer excitação dos íons de férrico pelos raios UV
e por submeter o peróxido de hidrogênio a uma fotólise. Há a conversão
fotocatalítica dos íons férrico (Fe3+) em íons ferroso (Fe2+) e conjuntamente a
formação de mais radicais hidroxilas (equação 12). Desta forma, é um procedimento
que apresenta uma maior eficiência na degradação de contaminantes.53,54
Fe3+ + H2O2 + hv → Fe2+ + H+ + HO• (12)
3.3.9 Tratamento biológico
Esse tratamento baseia-se em processos biológicos que consistem na
degradação da matéria orgânica por micro-organismos. A matéria orgânica funciona
como substrato para a manutenção e crescimento do micro-organismo. Este vai
transformar o substrato em matérias finais mais simples e em biomassa. Para o caso
de processos aeróbicos, as matérias finais serão CO2 e H2O e para processos
anaeróbicos as matérias finais serão CO2 e CH4.55
Os processos biológicos, no contexto de tratamento de efluentes industriais,
têm como finalidade a remoção e redução de compostos orgânicos e inorgânicos.
Além disso, nos casos de esgotos industriais terem compostos tóxicos a alguns
micro-organismos, há a necessidade de realização de um pré-tratamento,
antecedendo a coleta.
Os parâmetros comumente utilizados a fim de dar uma dimensão da
quantidade de matérias orgânica presente no efluente industrial são a demanda
bioquímica de oxigênio( DBO), demanda química de oxigênio (DQO) e carbono
orgânico total (COT). 55
25
Há uma variabilidade nos tipos de processos biológicos empregados, no
tratamento de efluentes industriais são empregados, principalmente, as lagoas
aeradas e lodos ativados como sistemas aeróbicos, e biodigestor anaeróbico que é
o mais relevante processo anaeróbico. 56
Lodos ativados
Este processo é definido pela metabolização e floculação de grande parte da
matéria orgânica mediante agitação do efluente junto com micro-organismos e
oxigênio. Mesmo com os micro-organismos estando em pequena quantidade no
efluente, a matéria orgânica, o oxigênio e as condições ambientais como pH e
temperatura adequados, além da presença de nutrientes essenciais como nitrogênio
e fósforo, permitem a reprodução acelerada desses micro-organismos. 56,57
Dessa forma, os micro-organismos agrupam-se em colônias que permanecem
em suspensão por causa do sistema de aeração constante, e formam flocos
biologicamente ativos, sendo por isso o nome do processo ser lodos ativados. 57,58
O sistema de lodos ativados normalmente empregados engloba um tanque de
aeração e por onde o efluente entra e é misturado com o lodo ativado, e com isso
oxidando a matéria orgânica. No tanque de sedimentação ocorre a deposição de
flocos microbianos que são resultados da fase de oxidação no tanque de aeração. 55
Um esquema deste tipo de sistema de lodos ativados está representado
na figura 7.
No processo de lodos ativados, a recirculação do lodo acarreta numa
potencialização da oxidação da matéria orgânica e num menor tempo de residência
do efluente no sistema, pois há uma quantidade elevada de micro-organismos
permanecendo no meio por mais tempo. 55
Figura 7. Esquema simplificado de um sistema de tra tamento de Lodo Ativado 55
26
Lagoas aeradas
O funcionamento de uma lagoa aerada é semelhante ao do tanque de
aeração de um lodo ativado com algumas diferenças, como o fato de não ocorrer
sedimentação do lodo, pois toda a biomassa está distribuída de forma homogênea
pela lagoa. E também, outra distinção que se faz é na questão de não haver
recirculação do lodo. 2
A operação desses tipos de lagoas acontece com o auxilio de uma lagoa
aerada facultativa. Estas são chamadas de facultativas por mesclar condições
aeróbicas na parte superior, tendo a suspensão da biomassa, e anaeróbicas na
parte inferior, ocorrendo uma sedimentação. 2,58
Biodigestor anaeróbico
O biodigestor anaeróbico consiste em uma câmara fechada, onde acontece o
processo bioquímico de digestão anaeróbica, sendo a decomposição da matéria
orgânica por ação de bactérias, sem a necessidade de oxigenação. Os produtos
resultantes deste processo são biofertilizantes e biogás. Este é composto,
majoritariamente, por metano e dióxido de carbono. Além disso, o metano, contido
no biogás produzido, é uma vantagem do biodigestor, já que este gás pode ser
convertido em energia elétrica, térmica ou mecânica, devido a sua elevada
capacidade energética.60,61
Um sistema comum de biodigestor consegue promover a digestão de
efluentes com alta concentração de sólidos, além de, normalmente, ter uma elevada
capacidade volumétrica, que possibilita ter um tempo maior de retenção do
efluente.58
3.4 Reúso de efluente na indústria
A indústria é um setor da economia que têm um gasto hídrico elevado, em
escala mundial, cerca de 20% da água doce disponível é utilizada para as atividades
de produção de bens de consumo. Este fato, aliado a um crescimento exponencial
da população, elabora um contexto de necessidade de implantação de políticas de
27
conservação de água neste setor, enfatizado pelo uso racional da água e o reúso de
água.62,63,64
A Organização Mundial da Saúde (OMS),em 1973, trouxe uma classificação
geral de tipos de reúso de água, conceituando cada um da seguinte maneira:68
• Reúso direto: É o uso planejado e deliberado de esgotos tratados para
certas finalidades como irrigação, recarga de aquífero eágua potável.
• Reúso indireto: Ocorre quando a água já usada, uma ou mais vezes
para o uso doméstico e industrial, é descarregada nas águas
superficiais ou subterrâneas e utilizada novamente de forma diluída.
• Reciclagem interna: É o reuso da água internamente às indústrias,
tendo como objetivo a economia de água e o controle de poluição.
O reúso de efluente industrial consiste numa geração de água nos parâmetros
de qualidade necessários para as atividades destinadas, por meio de processos de
tratamento adequados feitos na própria indústria. Além disso, se possível, o reuso é
feito sem um tratamento prévio do efluente. 66
Este tipo de reúso, é denominado de reuso macro interno, e pode ser operado
em cascata (figura 8), em que a água residual de um processo é aproveitada em
outro processo, ou pode ser operado com prévio tratamento, sendo o reúso de
efluente tratado propriamente dito (figura 9).
Figura 8. Reúso macro interno em cascata 65
28
Além do reúso macro interno, as indústrias adotam como outras fontes
alternativas de abastecimento hídrico, a prática do reúso macro externo, que
consiste na utilização de esgoto tratado proveniente de empresas de saneamento, e
a captação de águas pluviais. 65,66
Para que a indústria tenha um sistema de reúso, é necessário um estudo
detalhado de todo o processo de produção e de todas as atividades que utilizam a
água, assim como as quantidades e qualidade desta que são exigidas. Além disso,
analisar a relação custo/benefício das instalações, do tipo de tecnologia empregada
no tratamento do efluente e se precisa deste tratamento prévio. 66
Uma forma de organizar em etapas o projeto de reúso de água em uma
indústria está apresentada na tabela 4. 67
Figura 9. Reúso macro interno de efluente tratado 65
29
Tabela 4. Etapas do Projeto de Reúso de Água na Ind ústria 67
Etapas de um projeto de reuso de água na indústria
1. Definição dos principais usos de água na planta industrial e requisitos de qualidade.
2. Otimização das instalações existentes e a racionalização do uso da água
3. Balanço de massa com a caracterização de todos os pontos de geração de efluentes de cada unidade do processo industrial.
4. Caracterização dos efluentes e avaliação da confiabilidade da estação de tratamento de efluentes
5. Avaliação dos locais potenciais de reúso, ensaios de tratabilidade e legislação vigente
6. Tratamentos adicionais necessários e estudo de modificações na ETE
7. Análise da viabilidade técnica e econômica das rotas tecnológicas para reutilização e reciclagem de efluentes.
As atividades com maior potencialidade de aplicabilidade de práticas de reuso
nas indústrias são as listadas a seguir:68,69
• Torres de resfriamento
• Caldeiras
• Lavagem de peças e equipamentos
• Irrigação de áreas verdes
• Lavagem de pisos e veículos
• Processo industrial, principalmente, nas indústrias de papel, têxtil, curtume,
plásticos, construção civil e petroquímica
• Lavagem de gases da chaminé
• Uso sanitário
• Proteção contra incêndios
A aplicação de sistemas de práticas de conservação e reúso na indústria traz
benefícios de natureza ambiental, social e econômica. Estas vantagens estão
apresentadas a seguir: 70
Benefícios ambientais
30
• Amenizar a degradação de corpos receptores de água, ao diminuir o
lançamento de efluentes industriais nestes e assim manter disponível fontes
hídricas com boa qualidade para uso dos habitantes das regiões mais
industrializados;
• Evitar alterações no ciclo hidrológico, à medida que vai diminuir as retiradas
de água superficiais e subterrâneas;
• Conseguir disponibilizar, de forma majoritária, água com padrões de
qualidade mais elevados para usos mais exigentes, tais como abastecimento
público, hospitalar etc.
Benefícios sociais
• Gerar mais empregos diretos e indiretos, já que possibilita a ampliação nas
oportunidades de negócios para empresas que fornecem serviços e
equipamentos em toda cadeia produtiva;
• Melhorar a imagem das empresas perante a sociedade, mostrando a atenção
delas com o bem estar social.
Benefícios econômicos
• Redução de custos de produção;
• Promoção da competitividade num mesmo setor de produção;
• Criação de um cenário favorável de redução do consumo de água, levando o
governo a criar subsídios que vão incentivar essa prática.
O aspecto legal de reúso de água no Brasil, principalmente na indústria, ainda
não está bem regulamentado, carece de uma legislação mais específica e técnica de
como direcionar a prática do reúso. As leis e normas brasileiras concentram-se nas
questões de controle de poluentes de efluentes e nos padrões de qualidade de água
exigidos. Um respaldo melhor para o desenvolvimento desta prática encontra-se em
normas internacionais. 71
Em 1997, houve, no Brasil, a instituição da Política Nacional de Recursos
Hídricos (PNRH) por meio da lei 9.433. Esta lei estabeleceu a cobrança pela
31
captação de água e o lançamento de efluentes em corpos hídricos, o que de alguma
forma começou a mobilizar o setor industrial a investir em fontes alternativas de
água. 72
Neste mesmo ano, a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT)
publicou a norma 13.969, que expôs sobre esgoto doméstico, dispondo sobre a
possibilidade de haver reúso em atividades que utilizam água não potável. A norma
cita algumas destas atividades, tais como irrigação de jardins, lavagens de pisos e
automóveis, descarga dos vasos sanitários etc.73
A resolução nº 54 do Conselho Nacional de recursos Hídricos (CNRH)
lançada no ano de 2005, conforme dispõe no seu art. 1º, estabelece modalidades,
diretrizes e critérios gerais que regulamentam e estimulam a prática de reúso direto
não potável de água. E no seu art. 3º elenca as modalidades de reúso direto não
potável, que são as seguintes: 74
• reúso para fins urbanos: utilização de água de reuso para fins de irrigação
paisagística, lavagem de logradouros públicos e veículos, desobstrução de
tubulações, construção civil, edificações, combate a incêndio, dentro da área
urbana;
• reúso para fins agrícolas e florestais: aplicação de água de reuso para
produção agrícola e cultivo de florestas plantadas;
• reúso para fins ambientais: utilização de água de reuso para implantação de
projetos de recuperação do meio ambiente;
• reúso para fins industriais: utilização de água de reuso em processos,
atividades e operações industriais; e,
• reúso na aqüicultura: utilização de água de reuso para a criação de animais
ou cultivo de vegetais aquáticos.
Em 2005, o Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), lançou a
resolução 357, que trata sobre a classificação e diretrizes ambientais para o
enquadramento dos corpos de água superficiais e estabelece as condições e
padrões de lançamento de efluentes. Em 2011, a resolução 430 trouxe algumas
alterações e complementações para resolução 357. No entanto, o ponto mais
32
importante para a prática de reuso, está nas classificações das águas doces,
como mostra a tabela 5. 1,75
Os Estados Unidos, por meio da sua agência de proteção ambiental (EPA),
em 2012,lançaram oGuidelines for Water Reuse, que consiste num guia com mais
de 600 páginas, no qual aborda, entre outros assuntos, a questão do reuso
industrial, enfatizando nas atividades de recirculação de água por evaporação nas
torres de resfriamento; utilização como “make-up” (água de reposição) de caldeiras;
emprego nos processos de produção da indústria alimentícia; água de reúso
proveniente de produção de gás e óleo; uso em altas tecnologias, como a indústria
de semicondutores. 76
Este guia de 2012,é uma atualização do Guidelines for Water Reuse lançado
em 2004. Este guia tratou também orienta sobre reúso industrial, mostrando alguns
parâmetros requeridos para água utilizada em sistema de resfriamento na indústria.
Além disso, trouxe parâmetros necessários para água utilizada em indústrias têxtil,
de petróleo e carvão, e química.77
Tabela 5. Classificação das águas doces estabelecidas na resolução 357/05
Classes Usos Classe especial
a) abastecimento para consumo humano, com desinfecção
b) preservação do equilíbrio natural das comunidades
aquáticas
c) preservação dos ambientes aquáticos em unidades de
conservação de proteção integral
Classe 1 a) abastecimento doméstico após tratamento simplificado
b) proteção de comunidades aquáticas
c) recreação de contato primário (natação, esqui aquático
e mergulho)
d) irrigação de hortaliças que são consumidas cruas e de
frutas que se desenvolvam rentes ao solo e que sejam
ingeridas cruas sem remoção de película
e) proteção das comunidades aquática em terras indígenas
33
Classe 2 a) abastecimento doméstico, após tratamento convencional
b) proteção das comunidades aquáticas
c) recreação de contato primário (natação, esqui aquático e
mergulho)
d) irrigação de hortaliças, plantas frutíferas e de parques,
jardins, campos de esporte e lazer, com os quais o
público possa vir a ter contato direto;
e) Aquicultura e atividade de pesca
Classe 3 a) abastecimento para consumo humano, após tratamento
convencional ou avançado
b) irrigação de culturas arbóres, cerealíferas e forrageiras
c) pesca amadora
d) recreação de contato secundário
e) dessedentação de animais
Classe 4 a) Navegação
b) Harmonia paisagística
4. Avaliação das metodologias
Esta parte do trabalho consiste em revisar pesquisas científicas publicadas
que foram realizadas no campo de reúso de efluente industrial, analisando os
parâmetros de caracterização, tipos de tecnologias usadas para o tratamento e pós-
tratamento, e em quais atividades da indústriapropuseram a potencialidade do
reuso.
4.1 Indústria cervejeira
Pesquisa : Pós- tratamento de efluente cervejeiro com coagul antes naturais 78
a) Caracterização do efluente
34
O efluente utilizado nessa pesquisa tem origem numa indústria multinacional
do ramo de bebidas, que está instalada no município de Jacareí- São Paulo. Nessa
indústria, ao efluente industrial, é adicionado o efluente sanitáriocorrespondendo a
10% do efluente total. Este efluente misturado passa por um tratamento preliminar
de gradeamento para a remoção de sólidos grosseiros.
Foi realizada uma caracterização com parâmetros mais relevantes para a
carga poluidora típica de um efluente proveniente de indústria cervejeira. O objetivo
dessa caracterização foi constatar, além das características, as possíveis
necessidades de correções, destacando-se as relações DBO:N:P e pH. Na tabela 6
estão os valores encontrados para cada parâmetro analisado.
b) Tratamento do efluente
As tecnologias empregadas foram de origem biológica e físico-química. A
biológica consistiu no processo de lodos ativados, avaliando a modalidade de
Tabela 6. Caracterização do afluente de alimentação 78
35
batelada e com leito móvel. O processo físico-químico, considerado um pós-
tratamento, foi o de coagulação usando sementes de Moringa como coagulante
natural.
Foi construído um sistema com essas tecnologias de tratamento. O sistema
era composto por um reator aerado que simulava o processo de lodo ativado, um
tanque de armazenamento do efluente e por último um equipamento de ensaios de
Jar Test para o pós-tratamento. A figura 10 mostra o esquema desse sistema.
A avaliação desse sistema de tratamento ocorreu em 4 etapas. A etapa I foi
de aclimatação do lodo biológico ao efluente cervejeiro. A etapa II avaliou a remoção
do material orgânico e dos nutrientes. A etapa III foi a escolha da melhor dose de
coagulante após a passagem pelo equipamento de Jar test. E por fim na etapa IV o
teste do sistema compacto com a adição do coagulante direto no reator, unindo os
dois processos de tratamento.
c) Potencialidade do Reúso
Figura 10. Esquema da composição do sistema de trat amento 78
36
A pesquisa não especificou um destino para o reúso do efluente, apenas
comentou os reusos de efluentes para fins não potáveis mais comuns na indústria,
como para lavagem de pisos, processos de resfriamento e higienização.
A conclusão do trabalho expos que o sistema compacto, correspondente às
condições de operação da etapa IV, foi a que obteve melhor eficiência. As remoções
de matéria orgânica e nutrientes derivados de nitrogênio atenderam em 90% das
concentrações apresentadas nas legislações brasileiras (Resolução 357/05, 430/11
e NBR 13.969) e na legislação americana (USEPA 1992), que tratam de lançamento
de efluentes em corpos hídricos e reúso.
A única ressalva feita foi relacionada ao parâmetro fosfato, pois não foi obtido
êxito na sua remoção nesses processos empregados. Uma alternativa para isto
poderia ser utilização do sulfato de alumínio como agente coagulante ou a adição de
um processo de flotação posteriormente aos processos de lodo ativados e
coagulação. Nessas duas alternativas há uma eficiência maior na remoção de
fósforo
4.2 Indústria têxtil
Pesquisa: Processo UV/H2O2 como pós-tratamento para remoção de cor e polimento
de efluentestêxtis79
a) Caracterização do efluente
O efluente utilizado nessa pesquisa é proveniente de uma indústria de
tecidos e algodão sintéticos. É um efluente que já foi tratado biologicamente pelo
processo de lodos ativados. A caracterização foi feita levando em consideração a
tipicidade de um efluente industrial têxtil.
As caracterizações realizadas foram com o efluente bruto, o efluente
tratado biologicamente e um monitoramento desses parâmetros conforme foram
feitos os ensaios de pós-tratamento, avaliando a eficiência em cada condição de
operação empregada.
37
A tabela 7 mostra a caracterização do efluente bruto e do efluente tratado
biologicamente.
Tabela 7. Características do efluente bruto e do tr atado biologicamente 79
38
As absorbâncias que aparecem na tabela 7 correspondem às análises de
compostos aromáticos e cor, cujos métodos de análises foram espectrofotométricos
utilizando os comprimentos de onda de 280 nm (compostos aromáticos) e 511nm
(cor).
b) Tecnologia de pós-tratamento do efluente
A tecnologia empregada como pós-tratamento, a fim de remover
principalmente a cor do efluente, foi o processo oxidativo avançado (POA) UV/H202.
Foi instalado um reator UV de bancada, que continha além da fonte de radiação
policromática UV/Visível, um sistema de resfriamento para evitar oaquecimento da
lâmpada, além de um agitador magnético para manter a amostra em constante
homogeneização. Essa homogeneização foi necessária, pois o peróxido era
adicionado antes de colocar a amostra no reator. A figura 11 traz um esquema
desse reator de oxidação fotoquímica.
Foram realizados testes variando a concentração de peróxido de hidrogênio a
fim de encontrar a concentração com melhor eficiência para o tratamento,
juntamente com coletas de amostras para análise de redução dos parâmetros.
Figura 11. Representação esquemática de um reator de oxidação química
39
c) Potencialidade de reúso
A pesquisa teve como conclusão a eficiência do processo oxidativo
avançado como pós-tratamento para viabilizar o reuso do efluente. Obtiveram
resultados de remoção de 84% de compostos aromáticos, 56% de COT, 90% de
SST e 23 % de turbidez e 96% da cor.
Não foi especificado para quais atividades presentes nesta indústria
poderia se aplicado o reúso, porém pode-se observar que o efluente que sofreu
processo oxidativo já havia passado por um tratamento biológico cujos resultados
foram bem satisfatórios (tabela7) e com o acréscimo do POA, o grau de
polimento do efluente atingido abre um leque de possibilidades de reuso dentro
da indústria têxtil.
4.3 Indústriametal-mecânica
Pesquisa: Avaliação de tecnologias avançadas para o reuso de água na indústria
metal-mecânica80
a) Caracterização do efluente
A indústria em questão é do setor de assentos automotivos. Ela fornece
desde componentes, serviços de pintura, estruturas metálicas até os bancos
completos.
O efluente gerado abrange as correntes de esgoto sanitário, que é
proveniente de banheiros e o refeitório industrial, e a corrente de água residual que
tem origem na linha produção, através do excedente dos enxágues e banhos que
caem em calhas de coletas e descartes programados de efluente concentrado.
A caracterização foi do efluente resultante de um tratamento que acontece na
indústria e é composto por três etapas(Tabela 8). A primeira etapa consiste num
tratamento do esgoto sanitário por meio de fossa séptica e lodos ativados. A
segunda etapa é um tratamento físico-químico dado ao efluente industrial
proveniente da linha de pintura. E a última etapa mistura as duas correntes para o
tratamento final em duas lagoas aeradas em série e numa lagoa de polimento.
40
Tabela 8. Caracterização do efluente tratado nas tr ês etapas 80
41
b) Tecnologias de pós-tratamento do efluente
Os tipos de tecnologias empregadas como pós-tratamento foram adsorção
com carvão ativado e osmose reversa. A adsorção com carvão ativado ocorreu por
meio da mistura da amostra do efluente filtrado e com o carvão ativado granular.
Foram feitos testes com vários tempos de contato para determinar o tempo de
contato ideal e taxa de adsorção do carvão ativado.
Para o emprego da osmose reversa, foi montada uma unidade de bancada
que contava com um tanque de alimentação e um sistema de filtração, acoplados à
unidade de osmose reversa. A figura 12 mostra o sistema completo da unidade de
bancada de osmose reversa.
Foram realizados dois tipos de testes nesse sistema. Num teste foi utilizado o
filtro cartucho de carvão e no outro não foi utilizado. O processo de osmose reversa
ocorreu durante 180 minutos.
c) Potencialidade do reúso
Ambas as tecnologias empregadas nesta pesquisa obtiveram resultados
satisfatórios em termos de qualidade do efluente para reuso. As atividades
avaliadas para a aplicação do reuso de efluente foram as seguintes:
• Processo de pintura
• Reposição de perdas em torres de resfriamento
• Lavagem de pisos
Figura 12. Fluxograma da unidade de bancada de osmo se reversa 80
42
• Irrigação de áreas verdes industriais e descarga sanitária
Carvão ativado
O efluente resultante deste processo atingiu os valores exigidos para o reuso
nas quatro opções, com relação aos parâmetros de DQO, DBO, cor e turbidez.
Somente o pH foi o parâmetro que não alcançou o valor necessário para nenhuma
das quatro opções.
Osmose reversa
No processo de osmose reversa, o efluente tratado apresentou resultados
bons nos testes realizados. Os parâmetros, pH, DQO,DBO,ST, SST, SDT,
coliformes totais e coliformes fecais mostraram-se adequados aos valores exigidos
para o reuso proposto nas quatro categorias.
A tabela 9mostra os valores exigidos para cada parâmetro nas quatro opções
apresentadas, assim como os resultados obtidos da caracterização dos efluentes
tratados pelos processos de adsorção de carvão ativado e osmose reversa.
A faixa de pH ideal para o reúso como água de processo é de 6-8 e para as
outras atividades de 6-9. Após o tratamento com carvão ativado o efluente estava
com pH 9,5 e com osmose reversa o pH verificado foi de 7.
43
Tabela 9. Comparação entre valores exigidos para o reuso e os resultados encontrados80
Atividades/
Processos
DBO
(mg/L)
DQO
(mg/L)
Cor
(Hazen)
ST
(mg/L)
SST
(mg/L)
SDT
(mg/L)
Turbidez
(NTU)
Água de processo ≤30 ≤50 ≤20 ≤1005 ≤5 ≤1000 ≤2
Torre de
resfriamento ≤30 ≤75 SE ≤530 ≤30 ≤500 ≤3
Lavagem de pisos e
irrigação de áreas
verdes industriais
≤10 ≤25 ≤15 SE SE ≤1000 ≤2
Descarga
sanitária ≤30 ≤ ≤ SE SE ≤1000 ≤5
Efluente tratado
Carvão ativado NA 5 <2,5 NA NA NA 1
Osmose Reversa NA 3 7 44 0 44 0,5
*NA – não avaliado * SE – sem especificação
44
5. Conclusões
� As tecnologias de tratamento adotadas em cada tipo de efluente
industrial mostraram-se adequadas à viabilidade do reuso. Visto que os
tipos de processos empregados tinham boa eficiência na remoção dos
contaminantes mais resistentes e problemáticos presentes em cada
tipo de efluente. E com isso, podendo minimizar possíveis problemas e
impedimentos para reutilizar o efluente dentro da indústria.
� O tratamento biológico para os efluentes das três indústrias foram
necessários devido à presença de uma alta carga de matéria orgânica.
Este tratamento auxiliou na eficiência dos processos de coagulação,
oxidativo avançado, osmose reversa e carvão ativado.
� Pode-se observar que quanto mais eficazes os processos ou a
combinação de processos para remoção de poluentes presentes nos
efluentes, melhor será a qualidade destes. Dessa forma, ampliam-se
as possibilidades de reuso dentro da indústria.
� A carência de normas, que regulamentem e orientem o reuso de
efluentes nas indústrias, dificulta o desenvolvimento desta prática e de
pesquisas neste campo. Deixando como alternativa, às vezes,
apenas,tecnologias onerosas de tratamento para garantir uma boa
qualidade da água e não haver o risco de problemas nas atividades de
destino do reuso.
45
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