Tratamento de Compostos Orgnicos Volteis

7/22/2019 Tratamento de Compostos Orgnicos Volteis

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02 a 05 de junho 2008

Campus Irati

TRATAMENTO DE COMPOSTOS ORGNICOS VOLTEIS (COV) EM

REFINARIAS DE PETRLEO PRINCIPAIS TECNOLOGIAS

Autor: Waldir Nagel Schirmer (Professor do curso de Engenharia Ambiental)e-mail: [email protected]

Resumo

Compostos odorantes, bem como compostos orgnicos volteis (COV) estointimamente relacionados m condio atmosfrica, ocasionada tanto pela emisso deveculos quanto por atividades industriais (principalmente qumicas e petroqumicas). Na

indstria petroqumica, os COV so originados de tanques de estocagem, vazamentos decanalizaes e equipamentos, correntes de efluentes residuais e sistemas de aquecimento.COV e compostos odorantes incluem um vasto nmero de compostos, incluindo a maioria doshidrocarbonetos, aromticos, sulfeto de hidrognio, mercaptanas e assim por diante. Algunsdeles, como mercaptanas e aminas, no so necessariamente txicos, mas sua presena sinnimo de incmodo olfativo, mesmo a concentraes baixas. Do ponto de vista ambiental, necessrio limitar/controlar emisses de vapor devido seu efeito na alterao do clima, sadehumana, vegetaes e materiais de modo geral. Existem para isso, algumas tcnicasdisponveis para controlar a emisso destes compostos, tanto de recuperao (adsoro,absoro, separao por membranas e condensao) quanto de destruio (incinerao etratamento biolgico). O presente artigo apresenta destas tcnicas para o controle de COV comsuas vantagens, desvantagens e aplicabilidade, dependendo da fonte emissora e natureza do

gs poluente.

Palavras-chave: poluio atmosfrica, composto orgnico voltil, odor, tratamento de gases,refinaria.

Abstract: The volatile organic compounds (VOCs) and odour compounds are highly related tobad conditions atmospheric, emitted by vehicles and facilities (mainly chemical andpetrochemical). At the refineries, emissions of VOCs are originated from losses from storagetanks, leaks from piping and equipment, wastewater streams and heat systems. VOCs andodour compounds include a large range of compounds, like the most of hydrocarbons,chlorohydrocarbons, aromatics, mono and polialcohols, ketones, ammonia, hydrogen sulphide,mercaptans, and so on. Some of them, like mercaptans or amines are not so toxics, but their

presence cause unpleasant odour even at very low concentrations. From an environmentalpoint of view, it is necessary to limit and control vapour emissions because they affect thechange of climate, the human health, the vegetation and materials. Thus, there are sometechniques available to control VOCs emissions (destruction based and recovery based) withmany advantages and limitations. This article illustrates some of these techniques for VOCscontrol with their merits, demerits and applicability of each option.

Keywords:atmospheric polution, volatile organic compound, odour, gases treatment, refinery.

1. Introduo

O controle da poluio atmosfrica caracteriza-se como um fator de grandeimportncia na busca da conservao do meio ambiente e na implementao de uma poltica


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de desenvolvimento sustentvel, uma vez que afeta, de diversas formas,a sade humana, os

ecossistemas e os materiais. A poluio ambiental, por emisses gasosas odorferas,produzidas pelos diferentes tipos de atividades industriais, converteu-se num problemapreocupante, de difcil soluo, sendo cada vez mais freqentes as queixas e o desconfortoambiental. A exausto de poluentes por refinarias de petrleo e, posteriormente por veculos,tem sido apontada como uma das principais causas da atual m condio atmosfrica, demodo que a preocupao em reduzir (ou mesmo tratar) efluentes gasosos desta natureza j setornou uma constante dentre as principais tarefas dos pesquisadores em todo o mundo. Naindstria petrolfera por exemplo, uma das principais fontes emissoras de compostos orgnicosvolteis e odorantes para a atmosfera, as emisses esto associadas no apenas ao refinopropriamente dito, como tambm a todas as operaes de estocagem e transferncia destesprodutos. As prprias estaes de tratamento de efluentes das refinarias contituem-se, por sis, potenciais fontes emissoras de compostos orgnicos txicos no ar.

Os compostos orgnicos volteis incluem a maioria dos solventes, lubrificantes ecombustveis em geral, sendo comumente emitidos por indstrias qumicas e petroqumicas.Considera-se COV todo composto que, exceo do metano, contm carbono e hidrognio, osquais possivelmente podem ser substitudos por outros tomos como halognios, oxignio,enxofre, nitrognio ou fsforo, excluindo-se xidos de carbono e carbonatos. Estes compostosencontram-se em estado gasoso ou de vapor dentro das condies normais de temperatura epresso (CNTP). Acrescenta-se ainda que todo produto orgnico tendo presso de vaporsuperior a 10 Pa nas CNTP, ou 20 C e 105Pa (1 atm) considerado como um compostoorgnico voltil. A maioria dos hidrocarbonetos, incluindo orgnicos nitrogenados, clorados esulfurados so designados como COV. Estes compostos so geralmente encontrados emindstrias de manufatura com operao de solventes orgnicos causando sobretudo prejuzos sade humana, ambiente e materiais em geral. Os solventes orgnicos so usados em umgrande nmero de aplicaes industriais. Devido a sua volatilidade, em muitos destesprocessos eles podem ser emitidos direta [diretamente do processo (durante a manufatura),nos tanques de estocagem ou ainda processos de tratamento (lagoas, etc.)] ou indiretamentena atmosfera, geralmente na forma de compostos orgnicos (COV), aps ter sofridotransformaes fsicas e/ou qumicas (Liebscher, 2000). Estes solventes podem ser divididosnas seguintes classes: (i) clorados, (ii) aromticos, (iii) mono e polilcoois, (iv) cetonas, alcanose outros (como cido actico e dimetilformamida), sendo que os clorados e os aromticoscobrem aproximadamente 50% destas emisses (Cunnigham, 1996). No grupo (i), os COVmais freqentes so o tricloroetileno e o 1,1,1-tricloroetano (ambos utilizados como agentes delimpeza). Como exemplos de COV do grupo (iii), o metanol freqentemente utilizado nosprocessos de pintura de carro e, no grupo (iv), o propano um dos solventes usados na

manufatura de componentes eletrnicos (Pires, 2001). Os compostos odorantes mais comunsso o gs sulfdrico, amnia e mercaptanas em geral, comuns em estaes de tratamento deefluentes industriais. Alguns destes compostos, tais como mercaptanas, dimetil-sulfatos ouaminas, no so necessariamente txicos, porm sua presena causa odor desagradvelmesmo a concentraes extremamente baixas (Chu, 2001).

As indstrias so as principais fontes fixas emissoras de COV, sendo que o maiorresponsvel de modo geral so os veculos automotores (fontes mveis). A emisso das fontesfixas mais fontes mveis representam cerca de 80% do total de COV lanados no ar.

O presente artigo pretende abordar, de forma sucinta, as principais tecnologiasatualmente disponveis para o tratamento dos compostos orgnicos volteis e odorantes,apresentando suas principais vantagens, limitaes e aplicaes.


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2. Tratamento

H dois mtodos bsicos pelos quais pode-se controlar a emisso de COV e odoresnos processos industriais. Estas tcnicas so divididas em dois grupos: a) modificao doprocesso e/ou equipamento; b) tcnicas de tratamento. O primeiro grupo um mtodo indiretode controle de COV, uma vez que tal controle conseguido atravs da modificao doequipamento/processo, alterao de matrias primas por outras ecologicamente maisadequadas, manuteno dos equipamentos e operao dos mesmos dentro da sua limitao,etc, sempre com o objetivo de prevenir o escape dos COV. O segundo grupo um mtododireto de controle e inclui tcnicas destrutivas como incinerao e biofiltrao, e tcnicasrecuperativas, como absoro, adsoro, condensao e separao por membranas. Assim,compostos orgnicos volteis, quer retirados de correntes industriais, refinarias, correntes deguas residuais ou evacuados do solo contaminado, podem ser coletados para seremdestrudos ou reutilizados (Khan, 2000). A figura 1 esquematiza resumidamente os mtodos decontrole disponveis para gases desta natureza.

Figura 1 Tcnicas de controle de COV disponveis

2.1. Tcnicas destrutivas

2.1.1. Incinerao

A incinerao um mtodo bastante eficaz para a eliminao de gases e vapores deorigem orgnica (Van den Bos, 1996), sendo o mtodo de tratamento mais utilizado emrefinarias de petrleo. O processo de combusto transforma os contaminantes combustveisem dixido de carbono (CO2), vapor d'gua e um componente cido (HX sendo X=F, Cl, Br, I)

de halognios, SOx de compostos sulfurados, NOx de nitrogenados, nitrilas, heterocclicosnitrogenados e P2O5de compostos fosforados, que no so considerados poluentes (Stuetz,2001). A incinerao pode ser utilizada para a oxidao de compostos orgnicos volteis einorgnicos como por exemplo o gs sulfdrico (H2S) que um gs de odor bastante

Controlede COV

Tcnicas de

tratamento

Modificao

processo/equipamento

Recuperao

Destruio

Oxidao Biolgico Adsoro Absoro CondensaoMembrana


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desagradvel, transformando-o em dixido de enxofre (SO2) e vapor d'gua. Neste ltimo caso

temos a transformao de um gs poluente em outro tambm poluente porm, dependendo daquantidade de dixido de enxofre que ser formada, melhor que se tenha este ltimo do queo odor desagradvel do gs sulfdrico. Milhares de diferentes tipos de compostos orgnicosemitidos para a atmosfera so provenientes de diferentes operaes em diversos tipos deindstrias. Muitas emisses industriais tm sido controladas com sucesso pelo uso daincinerao, especialmente quando poluentes orgnicos esto envolvidos, seja como gs,vapor ou aerosol. Os processos de incinerao abrangem basicamente dois: trmica ecataltica, que permitem o tratamento eficaz de COV de maneira relativamente econmica. Istono entanto s verdadeiro se o poluente a ser tratado no estiver muito diludo na correntegasosa e, ainda, se a mesma no estiver significativamente mida. A oxidao trmica geralmente mais aplicvel para correntes gasosas com concentraes de COV superiores a1000 ppm. Para concentraes inferiores a esta, pode ser necessrio uma quantidade de calor

(e conseqentemente combustvel) muito grande a ser produzido, inviabilizando o processoeconomicamente (Engleman, 2000). A utilizao destas tcnicas necessita uma srie deprecaues e um bom conhecimento do efluente a ser tratado (Le Cloirec, 1998). Umadesvantagem do tratamento por combusto que o mesmo exige um equipamento de controlesecundrio afim de tratar os resduos desta combusto (Khan, 2000). A principal vantagem doincinerador cataltico sobre o incinerador de chama direta o baixo custo operacional devido amenor quantidade de combustvel auxiliar requerida (pelo uso de temperaturas inferiores).Temperaturas mais baixas tambm reduzem os custos de construo do equipamento. Comodesvantagem pode-se citar o problema da disponibilidade do catalisador no mercado interno(Van den Bos, 1996). O incinerador cataltico apresenta ainda o problema da reduo oumesmo perda da atividade cataltica, alm de no poder ser utilizado no controle de materialparticulado, que deposita-se na superfcie do catalisador impedindo a adsoro do compostoorgnico. Alm disso, compostos sulfurados e halogenados agem como venenos catalticos.Para tanto, devem ser removidos para que a atividade cataltica seja restaurada (IIE, 1997).Quanto ao custo, ambos apresentam basicamente o mesmo preo, talvez com uma pequenavantagem em preo para o trmico devido ao custo do catalisador. Os incineradoresconseguem eficincia de remoo de orgnicos na faixa de 90 a 98%.

2.1.2. Tratamento biolgico

O tratamento biolgico tem demonstrado ser uma tecnologia de custo efetivo naremoo de COV e outros poluentes de correntes gasosas [a absoro qumica, por exemplo,pode ser at 62% mais cara que os processos biolgicos (Burgess, 2001)]. Os processos

biolgicos de tratamento de gases consistem na transferncia de compostos volteis, malodorantes, para uma fase lquida e, em seguida, na degradao destes compostos por meio demicroorganismos. Aplica-se este processo em produtos biodegradveis e relativamentesolveis em soluo aquosa (PROSAB, 2001). Poluentes biodegradveis presentes nacorrente gasosa passam atravs de um filme de microorganismos onde so degradados emseus produtos finais (Alonso, 1998). Devido a sua origem biognica, compostos odorantespodem ser considerados biodegradveis. A biodegradao efeito do metabolismo microbiano,que o conjunto de reaes enzimticas pelo qual as clulas microbianas podemcontrabalanar perdas de atividade. A tabela 1 apresenta uma classificao das principaisfamlias qumicas, de acordo com a cintica de biodegradao.


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Tabela 1 Velocidade de biodegradabilidade de compostos volteis

Velocidade de biodegradao Compostos e famlias

Alta

lcoois, aldedos, cetonas, steres, teres, cidosorgnicos, aminas, mercaptanas, H2S, NOx, SO2, HCl,NH3, PH3, SiH4, HF

Baixa Hidrocarbonetos, fenis, cloreto de metila

Muito baixa HC halogenados, HC poliaromticos, CS2

Os princpios que governam a biofiltrao so similares aos processos comuns embiofilmes. Basicamente, trs passos ocorrem no leito do biofiltro. A figura 2 mostra o processoocorrendo dentro e ao redor do biofilme e apresenta os perfis de concentrao representativospara substrato (COV) e oxignio. Primeiramente, o contaminante na fase gasosa atravessa ainterface entre o fluxo gasoso e o biofilme aquoso que circunda o meio slido. Assim, ocontaminante difunde-se atravs do biofilme atingindo o meio aclimatado com microorganismosa ocorrendo converso dos contaminantes em produtos finais como CO2, H2O, saisinorgnicos e biomassa. A mesma corrente gasosa que atinge o biofilme (antes de serdescartada) absorve o CO2,outro composto voltil e produtos (se gerados) e calor emitido dasreaes bioqumicas ocorridas no leito.

Compostos tratados biologicamente so primariamente orgnicos volteis, compostossulfurados e nitrogenados reduzidos, tipicamente degradados como substratos primrios ou

como cometablitos. Teoricamente, qumicos altamente volteis apresentaro concentraesno biofilme relativamente baixas, resultando em baixas cinticas de degradao. Contudo,compostos alifticos altamente volteis como hexano e pentano podem eficientemente serremovidos via biofiltrao. Uma lista no-exaustiva de compostos que podem ser eliminados dacorrente gasosa pela biofiltrao compreende: amnia, monxido de carbono, gs sulfdrico,acetona, benzeno, butanol, dietilamina, dimetiul-dissulfato, etanol, hexano, etilbenzeno, acetato,metanol, metil-etil-cetona, estireno, isopropanol, metano, metil mercaptana, xido e dixido denitrognio, pentano, dimetil sulfato, tolueno, tricloroetano, tetracloroetano, 2-etil-hexanol, xileno,etc. Com projeto e operao apropriados, a eficincia na remoo de COV atinge percentuaisde 95 a 99% (Swanson, 1997).


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Figura 2 Mecanismo de ao do tratamento biolgico

H basicamente 3 grupos de processos biolgicos de tratamento de gases. Eles sediferem segundo as caractersticas mveis ou estticas da fase e da biomassa (clulas livresou imobilizadas sobre o suporte) no interior do reator biolgico: o biofiltro, a lavagem biolgicae os leitos bacterianos. Uma possvel vantagem da biofiltrao sobre outras tecnologias decontrole de poluio o tratamento de grandes volumes de gases de exausto com baixasconcentraes de componentes facilmente degradveis (baixos nveis de ppm) (Hodge, 1995).Alm disso, ao contrrio do que ocorre em outros processos, o tratamento biolgico notransfere o problema da poluio, uma vez que oxida biologicamente o poluentetransformando-o em compostos no agressivos ao meio ambiente (Khan, 2000). O tratamentobiolgico relativamente barato se comparado a outras tcnicas de tratamento comoincinerao, absoro ou mesmo adsoro em carvo ativo (at pelo menor consumo deenergia). Alm disso, ecologicamente saudvel, pode ser processado a temperaturasambientes e no gera xidos de nitrognio ou outros poluentes txicos (Deshusses, 1997). Poroutro lado, se o contaminante contm compostos clorados, metais ou fortes biocidas, apopulao microbiana pode ser afetada ou mesmo morta, comprometendo por conseqncia o

processo de biodegradao (Garner, 2001).

2.2. Tcnicas recuperativas

2.2.1. Absoro

A absoro refere-se transferncia de um componente slido (absorbato) presenteem fase gasosa (gs de arraste) para um lquido (absorvente). Mais especificamente, nocontrole de poluio do ar, a absoro envolve a remoo de um contaminante gasoso de umacorrente gasosa por sua dissoluo em um lquido. A absoro um processo de transferncia

de massa que se d devido a uma diferena de concentrao entre os meios presentes. Estatransferncia ocorre at que continue havendo diferena de concentrao nos meiosenvolvidos. Entretanto, o equilbrio no to facilmente atingido, uma vez que a diferena deconcentrao depende da solubilidade do soluto (IIE, 1997). A eficincia de remoo dos gases


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devida ao tempo de contato, concentrao do meio absorvente, velocidade de reao

entre o absorvente e os gases, ao coeficiente de transferncia de massa.A absoro efetiva do gs depende do contato ntimo entre as fases gasosa e lquida.Isto requer um grau elevado de turbulncia entre as fases. Contudo, um fluxo muito turbulentopode resultar num contato muito rpido entre estas duas fases, o que pode comprometer aeficincia do processo. A temperatura da corrente de exausto outra importante caractersticaque afeta a absoro. Obviamente as caractersticas fsicas e qumicas da corrente gasosadesempenham um papel importante tanto na seleo quanto na operao do absorvedor. Asolubilidade do contaminante o primeiro parmetro a ser avaliado. Se o soluto bastantesolvel em gua, ento altas taxas de absoro podem ser conseguidas (IIE, 1997). Entretanto,em alguns casos, um reagente qumico pode ser adicionado ao lquido absorvente afim deelevar o percentual de eficincia na remoo do soluto. Estes reagentes podem aumentar asolubilidade fsica do contaminante ou podem ainda reagir quimicamente com este

contaminante.Os equipamentos utilizados na remoo de contaminantes gasosos so os

absorvedores ou lavadores (IIE, 1997). Os lavadores so equipamentos de controle depoluio do ar que podem ser utilizados tanto para o controle de material particulado comopara o controle de gases e vapores (PROCOP, 1987). Trata-se de um dispositivo no qualrealiza-se a separao de um poluente gasoso por intermdio da lavagem do mesmo comgua (ou uma soluo qumica conveniente), que na maioria dos casos nebulizada paraformar pequenas gotculas (Stuetz, 2001). Os lavadores utilizados para o controle de gases evapores recebem a denominao de absorvedores (PROCOP, 1987). Assim, os absorvedoresso uma categoria especial de lavador mido. Inicialmente deve ser escolhido o absorvedor quepropicie a maior rea de transferncia de massa, de funcionamento simples e de menor custo.A eficincia de controle de absorvedores dependente do projeto especfico. Odimensionamento feito em funo da emisso residual desejada, a qual fixada a priori. Afaixa usual de eficincia de absorvedores de 80% a 99% (at 99,7%), para equipamentosadequadamente projetados.

2.2.2. Condensao

Condensao um mtodo de reduo de um gs/vapor a um . Quando uma correntegasosa quente contata uma superfcie resfriada do condensador, o calor transferido destevapor para a superfcie fria. Com a reduo da temperatura da corrente, reduz-se tambm aenergia cintica das molculas do gs e, conseqentemente, o volume que estas partculasocupam. A reduo na velocidade das partculas facilita o choque entre elas (pela proximidade

das mesmas) propiciando desta forma a condensao do lquido. As condies para que acondensao ocorra so:- baixas temperaturas, para propiciar a reduo da energia cinticas das molculas;- altas presses, afim de propiciar a aproximao entre as molculas. claro que as condies a que um gs vai condensar vai depender em muito do seu

estado (propriedades fsicas e qumicas) em questo. A condensao pode ocorrer de 3formas: primeiro, a uma dada temperatura, a presso do sistema aumentada (compresso dovolume do gs) at que a presso parcial do poluente na corrente gasosa iguale sua pressode vapor; segundo, a uma dada presso (fixa), o gs resfriado at que a presso parcial dogs iguale sua presso de vapor; terceiro, pela combinao da relaocompresso/resfriamento do gs at que sua presso parcial iguale sua presso de vapor.No caso de um condensador, a temperatura a nica varivel ajustvel, e portanto a que

governa o processo de condensao. Em aplicaes industriais, o aumento da presso umprocesso muito caro e portanto raramente utilizado para condensar um gs (IIE, 1997). Nocaso dos orgnicos volteis, a condensao mais eficiente para compostos com pontos de


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ebulio acima de 38 C e concentraes superiores a 5000 ppm. Baixos pontos de ebulio

requerem resfriamento extensivo, o que acaba encarecendo o processo. Os percentuais deeficincia na recuperao dos gases vo de 70 a 85% (Khan, 2000).Os condensadores, geralmente associados a outro equipamento de controle, tm sido

utilizados na reduo de orgnicos emitidos em indstrias petroqumicas, refino de petrleo,asfalto, indstria farmacutica, etc. Este equipamento trabalha melhor em correntes que tmelevadas concentraes de COV condensveis (Engleman, 2000). As limitaes que de certaforma restringem a aplicao comercial dos condensadores so: elevados pontos de ebuliodos COV, altos custos operacionais, quase sempre a operao d-se sob condies crticas detemperatura e presso, altas concentraes de gases, etc.

2.2.3. Adsoro

O processo de adsoro, reportado pela primeira vez por C. W. Scheele em 1773para gases e posteriormente por Lowitz em 1785 para solues lquidas, hoje reconhecidocomo um importante fenmeno nos processos fsicos, qumicos ou ainda biolgicos. Aadsoro em slidos, particularmente carbono ativado, tornou-se uma operao largamenteutilizada nos processos de purificao de fluidos, tanto lquidos quanto gasosos (Weber, 1992).A adsoro um processo que ocorre na superfcie do slido (ou lquido) adsorvente. Aadsoro pode ocorrer na interface entre duas fases quaisquer, seja ela lquido-lquido, gs-lquido, gs-slido ou ainda lquido-slido. No caso da adsoro, um ou mais componentesgasosos (adsorbato) so removidos de uma corrente gasosa pela aderncia superfcie de umslido (adsorvente).

Adsorventes so partculas altamente porosas, com elevada rea superficial e aadsoro ocorre justamente nas suas superfcies internas (IIE, 1997). Certos slidos finamentedivididos como o carvo ativado e a slica gel tm a capacidade de adsorver grandesquantidades de material gasoso devido sua grande rea superficial. Os principaisadsorventes utilizados em poluio do ar so carvo ativado, alumina ativada, peneirasmoleculares, slica gel.

A vantagem da adsoro reside no fato de que possvel purificar gases contendopequenas quantidades de poluentes (concentraes inferiores a 100 ppmv) (Engleman, 2000).A adsoro, sempre que possvel, deve ser feita a temperaturas relativamente baixas. Adessoro, que a retirada do poluente adsorvido do leito do adsorvedor, aumenta medidaque a temperatura de dessoro aumentada em relao temperatura de adsoro. Adessoro tambm pode ser aumentada pelo aumento do tempo de dessoro (CETESB,1987). O processo de dessoro d-se trabalhando os seguintes fatores: gradientes de

temperatura, gradientes de presso e/ou de concentrao. Os fatores que afetam a adsoroso:- uma adsoro eficiente pode ser obtida pelo abaixamento da temperatura, elevao

da presso e elevada concentrao do gs;- caractersticas do gs: tamanho da molcula, ponto de ebulio, peso molecular e

polaridade;- caracterstica do adsorvente: polaridade da superfcie, tamanho e espaamento

entre os poros;- projeto do adsorvedor: rea superficial adequada, promover boa distribuio do gs

em toda a rea disponvel, pr-tratamento dos gases injetados para remoo de contaminantes,regenerao adequada (Hesketh, 1996).

No caso de controle de poluio do ar, a adsoro no um processo de controle

(tratamento) final. O gs poluente simplesmente coletado pela superfcie do slido. Depois desaturado com adsorbato, o adsorvente deve ser trocado, ou ainda o gs adsorvido deve ser


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dessorvido. Os vapores oriundos da adsoro esto numa concentrao elevada e por isso

podem ser recobrados mais facilmente (ou mais economicamente) do que antes da adsoro.Muitos sistemas adsorventes para o controle de odores tm sido focados na remoode gs sulfdrico, por ser este um gs altamente txico e odorante. Em muitos casos,entretanto, no o gs sulfdrico o maior responsvel pelos odores que perturbam ascomunidades vizinhas s estaes de tratamento. Muitas vezes, a desodorizao deve focar aremoo de misturas complexas de gases e vapores orgnicos que incluem hidrocarbonetos,mercaptanas e outros compostos orgnicos sulfurados, aminas, cidos carboxlicos saturadose insaturados, steres, aldedos e cetonas. A neutralizao cido-base ou oxidao pelo ar,quer em fase lquida ou em leito adsorvente, pode desodorizar alguns destes compostos.Como a converso qumica no aplicada em todos os casos, a adsoro fsica utilizandocarvo ativado granular (preferencialmente com a impregnao de qumicos) o mtodo maisadequado para o controle de odores gerados nestas estaes de tratamento. Evidentemente

um tratamento qumico prvio pode auxiliar na reduo da concentrao de determinadosgases antes do tratamento com carvo ativado. A perda de carga do adsorvedor funo dotipo e granulometria do material adsorvente e da velocidade superficial na entrada do leitoadsorvente. Os adsorvedores so extremamente efetivos na remoo de poluentes gasosos.Mesmo baixa concentraes, os mesmos podem ser projetados e operados para eficinciasprximas a 100%.

2.2.4. Separao por membranas

Por muitos anos, o controle da emisso de gases poluentes tem se dado por mtodostradicionais como adsoro, incinerao, absoro e condensao. A tcnica de separao pormembranas uma tcnica mais recente, tendo sido reportada s a partir da dcada de 60,quando era utilizada nos processos de dessalinizao. Desde ento, a sua aplicao tem-semultiplicado sendo utilizada hoje para os mais variados propsitos (Khan, 2000). Asmembranas utilizadas para o controle de vapores de petrleo e solventes devem mais serseletivas para vapores de hidrocarbonetos do que para componentes do ar, tais como N2e O2.Devem tambm ser estveis, tanto fsica quanto quimicamente. Geralmente, para este tipo deaplicao, a membrana consta de uma de uma lmina plana e delgada de compsito (altaseletividade e permeabilidade razoavelmente elevada). A seletividade da membrana pode serdeterminada experimentalmente e o elemento chave do processo. A fora motriz para apermeao a diferena de presso entre o lado da alimentao e o lado permeado. Aeficincia de remoo de COV supera os 90% aps pr-tratamento com outro processo(Degrve, 2000). A figura 3 mostra um diagrama simplificado do processo para recuperao de

COV usando a tcnica de separao por membrana.


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Figura 3 - Diagrama simplificado do processo de separao por membrana

A maioria das membranas permite uma permeao seletiva de compostos orgnicos, oque reduz a eficincia na recuperao total dos solventes. Como os COV incluem vriosorgnicos, a membrana deve ser projetada de modo a abranger um largo range de compostos.A maioria das membranas so caras e raramente disponveis, o que acaba limitando seu uso.So muito suscetveis a sujeira, crescimento de bactrias e danos em determinadas condiesde operao. Apresentam geralmente um curto tempo de vida (poucos anos) (Khan, 2000).

3. Escolha de uma tcnica de tratamento

Um dos principais problemas referentes ao tratamento/controle de COV e odoresoriundos dos processos de refino (bem como de outras fontes destes poluentes) estrelacionado escolha de um equipamento (ou combinao de equipamentos) que consigaremover estes poluentes com a maior eficincia possvel (pelo menos reduzi-los a nveisaceitveis) a um menor custo. Na verdade no existe uma nica tecnologia para tal, at porqueum caso difere do outro pelas caractersticas do processo em questo (fonte emissora,natureza do contaminante, legislao, etc.). Assim, alguns parmetros principais devem serobservados na escolha de um mtodo especfico para o tratamento de COV e odores:

- caractersticas do gs a ser tratado (temperatura, matria em suspenso, umidade,volatilidade, vazo, etc.);

- concentrao dos poluentes;- fatores de segurana (explosividade, reatividade, corrosividade, etc.).- custos de investimento/instalao, funcionamento e manuteno;

- eficincia na remoo destes poluentes, etc.Cada uma das tecnologias vistas detm caractersticas peculiares para o tratamentode gases. As tabelas 2 e 3 apresentam estas caractersticas, bem como as principaisvantagens e desvantagens de cada mtodo. O tratamento mais adequado ao processo escolhido em funo das potencialidades e limitaes de cada um (Le Cloirec, 1998).

Tabela 2 Caractersticas das tcnicas para o tratamento de COV

Tcnica %Remoo

Dejetossecundrios

Concentrao COV(ppm)

Temp. (C)

Oxidao trmica 90 98Produtos decombusto

>20 (sempre menos de25% do LIE)

500 1100

Oxidaocataltica

90 - 98 Produtos decombusto

100 1000 (sempremenos de 25% do LIE)

220 480

Biofiltrao 80 - 99 Biomassa


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Tcnica

Vantagens

Desvantagens

Oxidaotrmica

Possibilidade de recuperao deenergia (at 85%); alta eficincia notratamento de COV/odores; timo p/misturas complexas.

Exige trat. secundrio p/ eliminarresduos de combusto; baixo custo(poluente pouco diludo na corrente).

Oxidaocataltica

Possibilidade de recuperao deenergia (at 85%); disponibilidade detecnologia (larga utilizao emrefinarias); menor custo operacional quea oxidao trmica.

Exige trat. secundrio p/ eliminarresduos de combusto; risco deenvenenamento cataltico;disponibilidade de catalisador nomercado; baixo custo (poluente poucodiludo na corrente).

BiofiltraoBaixo investimento inicial; trata altasvazes com baixas concentraes; notransfere a poluio (oxidabilogicamente); baixo custo doprocesso.

Manuteno; elevadas dimenses.

CondensaoRecuperao de solventes podecompensar custos de operao

S para COV com alto P.E.; altoscustos operacionais; altasconcentraes de gases; opera sobcondies crticas de P e T.

AbsoroInstalao compacta; baixos custos demanuteno; construo simples;capacidade de coletar partculas

submicrnicas.

Requer elevada manuteno; poderequerer remoo mat. particulado;alto consumo de energia; alto

consumo de gua.

Adsoro (s/CA)

Recuperao de solventes podecompensar custos de operao; removebaixas concentraes de COV; nonecessita combustvel auxiliar; tratasolventes clorados.

No trata o gs, s coleta; requerremoo de mat. particulado do leito;suscetvel umidade.

MembranaRecuperao de solventes podecompensar custos de operao; nonecessita tratamento extra.

Necessita pr-tratamento; alto custo;curto tempo de vida; sensvel variao de vazes; so muitoseletivas, reduzindo a eficincia narecuperao de alguns compostos

O custo um parmetro dos mais importantes no momento do projeto e seleo deum mtodo de tratamento, uma vez que um custo muito elevado de operao, por exemplo,pode inviabilizar o processo, por mais eficiente que este seja.

Cada tecnologia possui parmetros prprios a serem levados em considerao naquesto custo. Os custos de um tratamento biolgico, por exemplo, so calculados com basena vazo de ar tratado. Uma estimativa do investimento para os trs tipos de biorreatoresrevela que, a biofiltrao, em se tratando de biotratamento, o mtodo de abatimento deodores mais barato. Alm disso, os custos para cada equipamento podem variar numa amplafaixa de valores, dependendo de cada caso especfico, vazo a ser tratada, condies doequipamento, etc. (Stuetz, 2001). Entretanto, o custo destes equipamentos pode variar emfuno da concentrao dos poluentes contidos no efluente gasoso a ser tratado. A figura 4apresenta uma comparao dos custos de funcionamento da oxidao biolgica emcomparao com incinerao, em funo da concentrao destes poluentes (Humeau, 2001).


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Figura 4 Custo da incinerao, biolavao e biofiltrao em funo da concentrao do gs

Pelo grfico possvel constatar que a utilizao dos sistemas biolgicos (tantobiofiltrao quanto biolavao) so mais econmicos que a incinerao apenas paraconcentraes inferiores a 1 g/m3. Entre 2 e 4 g/m3, biolavao e biofiltrao tm custos

comparveis e, acima de 4, a incinerao se sobrepe aos outros dois em termos de economia.A tabela 4 sumariza o custo para investimento e funcionamento das tecnologias paratratamento de COV e odores.

Tabela 4 Processos de tratamento de gases, custos de investimento e funcionamento

Processo Investimento [U$/(m3/h)] Funcionamento (U$/103m3)

Incinerao trmica 5,27 a 6,15 0,61 a 0,75

Incinerao cataltica 6,15 a 7,03 0,57 a 0,66

Biofiltrao 1,32 a 4,40 0,13 a 0,22

Condensao 5,32 a 6,53 0,31 a 0,48

Absoro 3,52 a 4,40 0,35 a 0,44

Adsoro 2,20 a 8,79 0,22 a 0,44

O custo total de processos como incinerao trmica, absoro e ozonizao praticamente o mesmo (em torno de 4,0 dlares a cada 1000 m3de ar tratado). J no caso da

adsoro este custo cai para 0,66 dlares e na biofiltrao, 0,60, o que indica que ser este otratamento mais barato, tanto com relao ao investimento de aplicao quanto de operao(PROSAB, 2001).


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4. Concluses

Os odores provocados pelos vrios processos oriundos do refino e mesmo tratamentodos resduos do petrleo causam grande prejuzo tanto sade fsica quanto ao bem-estar dapopulao exposta a estes gases. Eles so responsveis por diversos sintomas que interferemno bem-estar fsico, tais como: dores de cabea, nuseas, distrbios respiratrios, irritao nosolhos, dores de estmago a at mesmo alterao do humor. Um cheiro desagradvel considerado como algo subjetivo, portanto, legalmente indefinvel. Com base neste princpio,as autoridades ficam impedidas de autuar, a no ser que os maus odores causem,simultaneamente, outro tipo de contaminao reconhecida por lei. Por isso so poucos ospases onde h legislao para esta forma de poluio. No caso dos COV, o tratamento justificado tanto por serem estes contaminantes prejudiciais a outros processos no decorrer daproduo (podendo inclusive contaminar o produto final desejado) quanto pelos prejuzos

sade devido sua exposio.Uma tecnologia adequada para o controle ou mesmo tratamento de tais compostos

deve aliar eficcia na eliminao destes gases (ou mesmo reduo at nveis aceitveis emtermos de percepo) a custos operacionais viveis ao processo. Neste sentido, asmembranas de separao revelam-se como a tecnologia mais cara, em termos de investimento,ao passo que a incinerao tem o custo de operao mais elevado (pelo consumo decombustvel). Apesar de cara, a incinerao a tcnica mais utilizada industrialmente notratamento de COV, uma vez que promove excelente remoo destes compostos. Adsoro eabsoro tambm tm elevadas taxas de remoo, tendo ainda a vantagem de trabalhar comaltas concentraes de gases (at 1000 ppm, o que j no ocorre com a separao demembranas). A condensao uma tecnologia simples mas com muitas limitaes, como orequerimento de uma corrente com elevadas concentraes de gases, condies especiais detemperatura e presso, elevado custo de investimento, etc., o que acaba limitandoindustrialmente sua aplicao. A oxidao cataltica revela-se uma boa opo quando arecuperao dos gases no exigida, ao passo que a adsoro a melhor alternativa quandotal recuperao torna-se necessria. A biofiltrao a tecnologia mais barata, apresentaexcelente remoo de gases, mas ainda tem pequena aplicao industrial, apesar de seraltamente promissora. Trata-se de uma excelente opo, ainda em pesquisa, e pode vir asuperar outras tecnologias destrutivas. Tcnicas alternativas para o controle de odores tmsido estudadas e aplicadas com sucesso em lagoas de tratamento facultativas que operam sobcondies de anaerobiose. Segundo Truppel (2002), o processo de desodorizao pode seravaliado sob duas possibilidades: atravs da simples recirculao de efluentes (na vazo de1/6 da vazo afluente lagoa) ou ainda recirculao e aerao combinadas. O processo de

recirculao associado aerao mostrou grande capacidade na reduo de odores (tanto H2Squanto NH3) o mesmo no ocorrendo quando se trata apenas de recirculao.

5. Referncias

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Tratamento de Compostos Orgnicos Volteis

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