tratamento de efluentes.pdf

7/29/2019 tratamento de efluentes.pdf

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Tratamento de Efluentes Industriais

Prof. Luiz Alberto Cesar TeixeiraProf. Luiz Alberto Cesar Teixeira

DepartamentoDepartamentodedeCinciaCinciadodoMateriaisMateriaiseeMetalurgiaMetalurgia

ProgrProgr.. InterdepInterdep. de. deEngenhariaEngenhariaAmbientalAmbiental

RevisoReviso25/05/200925/05/2009


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Legislao Ambiental

Gerenciamento Hdrico

Fsico-qumica de Solues Aquosas

Tcnicas de Descontaminao de guas


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Indstria

MatMatriaria PrimaPrimainsumosinsumos

ProdutosProdutos EmissesEmisses GasosasGasosasResResduosduos SSlidoslidos

EfluentesEfluentes LLquidosquidos

EnergiaEnergiaguaguaProdutosProdutos QuQumicosmicosMateriaisMateriais

DiversosDiversos

ETAETA

ETEETE TRTR

Uso de gua e Gerao de Efluentes na Indstria

Rio


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Incorporao em Produtos (guas de Produto)

Usos de gua na Indstria:

Bebidas, AlimentosTintasProdutos Qumicos em soluo aquosaMedicamentosCosmticos

Processos Fis-Qui de Produo (guas de Processo)

Tratamento de MinriosExtrao e Refino de Petrleo

Extrao e Refino de Metais

Produo e Alvejamento de CeluloseAlvejamento e Tingimento Txtil

Produo de Produtos Qumicos

Tratamento de SuperfciesTratamento de Gases


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Emulsificador de Lubrificantes de Equipamentos / Selagem de Bombas

Aquecimento (guas de Caldeira)

Resfriamento (guas de Refrigerao)

Lavagem de ptios e Abatimento de poeira

Lavagem de frutas / hortalias

Irrigao / Hidroponia / Aquicultura


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Por qu tratar efluentes antes do seu descarte em corpos receptores

Objetivo: Conservao dos ecossistemas.

Obrigao legal em todo o mundo a eventual atitude voluntria deempresas nunca seria suficiente para assegurar o objetivo.

No Brasil e em vrios pases, a legislao ambiental regula odescarte de efluentes sobre corpos dgua limitando a cargapoluidora lanada de acordo com o tipo de uso estabelecidopara a gua do corpo receptor (classe da gua).

Alm disso, rgos internacionais de financiamento deempreendimentos como o Banco Mundial, adotam normasprprias de limitao de poluio causada por indstriasfinanciadas.


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Antes de iniciar qualquer projeto de tratamento de efluentes

Tomar conhecimento da legislao aplicvelFederalEstadual

Municipal

- Alm de eventuais condicionantes adicionais.

Avaliar possibilidade de minimizao da gerao da carga poluidora - (P + L)

Avaliar possibilidade do reuso da gua do efluente.


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Em busca da Legislao Aplicvel:

MMA

CONAMA

ANA

INEA (ex. FEEMA (no RJ))

SMMA (no municpio do Rio de Janeiro)


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Critrios de Outorga de Captao de gua e Lanamento de Efluentes- Caso do Estado do Paran

Plano Nacional de Rec. Hdricos (Lei 9433/97 art. 32) apresenta objetivos deplanejamento, regulao e controle do uso, preservao e recuperao dosRHs. E trata do aspecto de estabelecimento de outorga.


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Legislao Ambiental Aplicvel - Classes de guas e Descarte de Efluentes

Resoluo 357 / 2005

Classificao de guas e Padres para Lanamento de Efluentes

Resoluo 397 / 2008Novos padres para descarte de efluentes

Resoluo 396 / 2008Classificao de guas Subterrneas

Resoluo 393 / 2007Condies para descarte de guas de produo de petrleo


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Exemplo 1:Calcular a Carga poluidora mxima de cromo suportvel por um rio em umtrecho de Classe 2 e vazo de referncia: QM = 1000 m3/s, em que japresenta [Cr] = 0.01 mg/L.

Exemplo 2:Um rio de vazo de referncia QM = 50 m3/s, que classificado para uso de Classe2 em um determinado trecho, j apresenta contaminao por CN com [CN] =0.0009 mg/L. Uma fbrica que est solicitando licena prvia para futura operaona regio com descarte de efluente contendo CN neste mesmo rio, prev emprojeto, o descarte de Qe = 500 m3/h de efluente contendo CN com concentrao

dentro do padro de lanamento de efluentes, ou seja menor ou igual a 0.2 mg/L.Calcular se (e em que condies) essa operao poder vir a ser licenciada deacordo com a Resoluo CONAMA 357/05. Supor que a indstria capte os 500m3/h de gua a montante do lanamento.

Clculos bsicos para projetos de ETEs

Exemplo 0:Calcular a massa de sedimento transportada ao longo de 100 anos para umarepresa de um rio, decorrente do lanamento de um efluente com vazo de 1000m3/h e com 1 g/L de SST sobre o rio que alimenta essa represa.


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Exemplo 3:

Uma indstria gera um efluente lquido decorrente de um banho esgotado de

abrilhantamento qumico de lates, de volume = 48 m3, uma vez ao dia. Esse

efluente ser tratado e descartado em um crrego de Classe 2, o qual tem

vazo de referncia Q = 1000 L/s e apresenta uma concentrao natural mdia

de [Cu]=0.001 mg/L e [Zn]=0.001 mg/L a montante do ponto de descarte. Pede-

se calcular as condies necessrias (concentraes mximas dos metais

dissolvidos) para descarte do referido efluente, de modo a atender s

disposies das Resolues CONAMA 357/2005 e 397/2008.

Os padres a serem considerados para o corpo receptor (gua doce de classe2) so: [Cu]=0.009 mg/L e [Zn]=0.18 mg/L.



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A existncia de oxignio dissolvido nas guas (OD), uma necessidade fundamentalpara a subsistncia da vida aqutica. A maioria das espcies de peixes necessita depelo menos 3 mg O2 dissolvido por L de gua para sobreviver.

A 20 25 oC, os nveis mximos de OD na gua situam-se na faixa de 8 a 7 mg/L. O aumento de temperatura causa diminuio na solubilidade de O2 na gua, a qual

chega a zero na temperatura de ebulio.

Conceitos de OD, DQO e DBO


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De forma a evitar esses impactos Adoo dos conceitos,

mensurao e controle de DQO eDBO em efluentes e nas guasdos corpos receptores.

DQO = demanda total de O2

devido a substnciasrecalcitrantes (no-bio-degradveis) + demanda de O2devido a substncias bio-oxidveis (DBO)

O lanamento de esgotos e efluentes industriais contendo substnciasorgnicas sobre os corpos dgua leva ao consumo do pouco O2disponvel na gua por consequencia de reaes do tipo:

Mat. Org + O2 (aq) CO2 (aq) + H2O

o que pode causar mortandade de peixes e outros organismos .


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Exemplo 5: Uma indstria metalrgica fabrica peas de ao cromado de acordo com aseguinte seqencia de operaes: [1] desengraxe com soluo de NaOH; [2]lavagem com gua das peas desengraxadas; [3] decapagem cida (H2SO4) pararemoo de ferrugem superficial; [4] lavagem com gua das peas decapadas; [5]cobreamento eletroltico das peas com eletrlito alcalino de Cu(CN)2; [6]lavagem com gua das peas cobreadas; [7] cromagem eletroltica das peas

com eletrlito cido de CrO3; [8] lavagem final com gua e [9] secagem. As guas de lavagem so geradas continuamente, cada uma com vazo de 10m3/h. Uma vez a cada 60 dias, os banhos de desengraxe, decapagem,cobreamento e cromagem (cada banho tem 10 m3), tem que ser descartados paraque banhos novos sejam preparados. Sabe-se que os efluentes gerados nessaindstria sero tratados e lanados em um rio de classe 2 com vazo dereferncia QM = 360 m3/h. Pede-se: (1) identificar os contaminantes que

precisaro ser controlados na ETE; (2) Estabelecer o regime de lanamento dosefluentes (Qe); (3) Calcular as concentraes mximas dos elementoscontrolados no efluente final para que o mesmo possa ser lanado emconformidade legal. Supor que a montante do lanamento o rio no apresentacontaminao com os elementos contidos no efluente.


Exemplo 4:

Calcular o valor mximo da DBO de um efluente industrial gerado emvazo contnua de 100 m3/h (24 h/d), para que o mesmo possa ser lanadoem um riacho de classe 2, com vazo de referncia igual a 1000 L/s, queapresenta OD = 6 mg/L e DBO = 0. Resposta: 216 mg O2/L de efluente.


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Gerenciamento de Efluentes / Princpios de Projeto de ETEs

Verificar junto ao Orgo de Controle Ambiental: classe do corporeceptor, vazo de referncia.

Caso genrico: Indstria gerando diversos tipos de efluenteslquidos de caractersticas fsico-qumicas diversas e vazesvariveis .

Caracterizar os efluentes quanto a aspectos fsico-qumicos(pH, [substncias controladas], DBO, DQO, SST, temperatura,vazo, .(valores mdios e distribuio)

Verificar limites legais para descarte e demais dispositivos legaisaplicveis (nveis federal / estadual / municipal).


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Executar ensaios de tratabilidade em laboratrio

Verificar necessidade de tanque(s) de equalizao

Verificar possibilidade de inter-diluio / neutralizao de efluentes

Calcular limites operacionais para descarte

Fazer levantamento de mtodos analticos aplicveis (operacionaise legais)

Selecionar tecnologias de tratamento / avaliar eficincia, simplicidade

operacional, custos, disponibilidade de reagentes, assistncia tcnica,manuteno,Ateno aos tratamentos extremos: osmosereversa + secagem / incinerao /disposio final de resduos


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Monitoramento (controle de processo e qualidade de tratamento)

Executar testes planta-piloto >> parmetros para projeto da ETE

Rever custos / eficincia

Montar projeto executivo

Executar fabricao de equips / construo / montagem

Partida da ETE

Operao regular

Relatrios Mensais para os rgos Ambientais

Operaes de Equalizao e Neutralizao de Efluentes


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Operaes de Equalizao e Neutralizao de Efluentes

Clculo de Tanque de Equalizao:

07

06

05

04

03

02

01024

023

022

021

020

019

36006018 - 19

54009017 18

54009016 17

660011015 16

720012014 15840014013 14

1200020012 -13

1500025011 - 12

1200020010 - 11

5400909 - 10

3000508 - 9

V (L)Q(Ll/m

in)

Hora dodia (h)

!"


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Processo Ind.

MatMatriaria Prima +Prima +InsumosInsumos guagua

ProdutosProdutosEmissesEmisses GasosasGasosasResResduosduos SSlidoslidos


ETAETA

ETEETE

gua Industrial: tratar para descartar ou tratar para reutilizar Caso 1

Rio

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TRTR


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Processo Ind.

MatMatriaria Prima +Prima +InsumosInsumos guagua

ProdutosProdutosEmissesEmisses GasosasGasosasResResduosduos SSlidoslidos


ETAETA

ETEETE

gua Industrial: tratar para descartar ou tratar para reutilizar caso 2

Rio

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TRTR

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36/172

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Exemplo 6:

Em uma ETE, necessita-se aplicar uma dosagem de 28 mg/L docoagulante Fe2(SO4)3 no efluente a tratar. Calcular qual deve ser a vazode projeto para alimentao de soluo concentrada de Fe2(SO4)3 com40% de concentrao em peso (e d = 1.5 g/mL) para tratar uma vazo

contnua de 100 m3/h de efluente.


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Fsico-Qumica de Solues Aquosas

Reviso Focada dos Conceitos:

Fsico-Qumica da gua / Estrutura molecular / Formao de ons (Arrhenius)

/ solvatao / Auto-Protonao da gua / Produto Inico / cidos e Bases

(Arrhenius, Bronsted + Lowrie, Lewis) / Escalas de Acidez / pH / Eletrlitos

/ Diagramas de Distribuio ( x pH) / Equilbrio Inico em Solues / ons

Complexos / Diagramas x log [L] / Solubilidade (sais, hidrxidos,

sulfetos) / Efeitos de on Comum e Complexantes / Diagramas Log [M] xpH / Oxi-Reduo / Equao de Nernst / Diagramas de Pourbaix (eH x pH) /

medio de pH e eH


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Clculos simples de pH e neutralizao de solues:

1) Soluo de concentrao 3.6 g/L de HCl em gua.

2) Soluo de concentrao 98 g/L de H2SO4 em gua.

3) Soluo de concentrao 400 mg/L de NaOH em gua.

4) Calcular o volume mnimo necessrio de NaOH lquido a 50% e d=1.53

g/mL a ser adicionado a 1 m3

de efluente contendo HCl com pH = 2 ed=1.0 g/mL, de modo a levar o pH do efluente tratado faixa legal paradescarte. A reao que ocorre na operao a de neutralizao do cidopela base: H+ + OH- H2O. Este tipo de clculo pode ser realizadoantes de testes de lab.

Para levar pH de 2 para 5 sero necessrios 0.01 mol de OH para cada 1 L de efluente.Ser ento necessrio calcular o volume que agregue 10-2 moles de NaOH para cada 1 L deefluente final (tratado). O volume final do efluente ser de 1000 L + V NaOH .

Cada 1 L de NaOH 50% pesa 1530 g e contm 765 g NaOH = 19 moles de NaOH.

V NaOH x 19 = (1000 + V NaOH ) x 0.01 V NaOH = 0.53 L de NaOH a 50%


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Exemplo de Diagrama Exptal. de Solubilidade de Hidrxidos de Metais vs pH

fonte: www.hoffland.net/.../img/pic_precipitation1.gif


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Diagrama de especiao e solubilidade de alumnio em gua


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solubilidade de hidrxidos metlicos em funo do pH.

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42/172

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43/172

Para a Precipitao de Carbonatos deve-se levar emconta o equilbrio entre as espcies do cido carbnico

Precipitao de Carbonatos


44/172

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Precipitao de Carbonatos

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Exemplo:

Utilizando o diagrama de Solubilidade dos hidrxidos, determinar ascondies de pH para remoo dos metais de um efluente porprecipitao dos seus hidrxidos de modo a atender aos padres delanamento (art 34, Resoluo CONAMA 357 / 2005 e 397 / 2008).

Considerar que o efluente bruto tenha pH=2; e concentraes em mg/L:Fe=100; Zn=80; Cr III =90.

Padres do efluentes para descarte (mg/L)Fe = 15; Zn = 5; Cr III = 1

pHs para precipitao dos hidrxidos:

Fe: pH > 2.9Zn: pH > 8.2Cr: 6.4 < pH < 8.7

Resultado: 8.2 < pH < 8.7

C id d i t l d d t d l bilid d


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Considerando os seguintes valores dos produtos de solubilidadede compostos insolveis de chumbo, calcule a solubilidade do

chumbo a pH 9 em cada um dos compostos visando remoodesse metal de um efluente usando a tcnica de precipitao:

Pb2+ (aq) + 2 OH- (aq) Pb(OH)2 (s) Ks0 = 1 x 10-3

Pb2+ (aq) + SO42- (aq) PbSO4 (s) Ks0 = 1 x 10-8

Pb2+ (aq) + CO32- (aq) PbCO3 (s) Ks0 = 1 x 10-14

Pb2+ (aq) + S2- (aq) PbS (s) Ks0 = 1 x 10-26

Padro do Pb em efluente para descarte (Art. 34 da Resoluo CONAMA 397 / 2008) = 0.5 mg/L.Peso Atmico do Pb = 207 uma.


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Diagramas de Pourbaix

Diagramas que relacionam potencial eletroqumico de uma reao (eH)em meio aquoso com o pH do meio.

O potencial eletroqumico de uma substncia equivale fora oupotncia qumica que uma substncia tem para capturar eltrons deoutra.

Para uma reao eletroqumica qualquer:

G = - neF

como: G = Go + RT ln Q

ento: e = eo (RT/nF) ln Q


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Para uma reao qualquer de meia-clula do tipo:

a Ox + m H+(aq) + n e- = b Red + c H2O

ter-se- (equao de Nernst):

e = eo (RT/nF) ln ({Red}b / ({Ox}a [H+]m))


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Particularizando essa equao paraT = 298 K, constantes R e F em unidades SI,transformando ln em log, e considerando quepH = - log [H+], tem-se:

e = eo 0.059 (m/n) log ({Red}b/{Ox}a) 0.059(m/n) pH

onde:

a Ox + m H+(aq) + n e- = b Red + c H2O


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Valores de atividades: {Red} e {Ox}: Slidos puros: a = 1 Gases: a = Pi (atm) Espcies aquosas: a = [espcie] (molar)

Arbitrando-se as atividades das espcies emvalores constantes, tem-se:

e = eo 0.059 (m/n) log ({Red}b/{Ox}a) 0.059(m/n) pH

e = a b pH - equao de reta em diagrama e x pH

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51/172

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Construo dos Diagramas:

Listar as espcies participantes em pares de equilbrio Calcular eo para cada par e a respectiva equao de Nernst

Arbitrar se necessrio valores para as atividades das espciesdissolvidas

Plotar as equaes de Nernst

+/ A


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+/ A

6 I--


55/172

6 I--

@ +


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Medio de eH e pH


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pH eletrodo de vidro combinado comeletrodo de ref Ag/AgCL Calibrao com solues tampo pH conhecidos Problemas tpicos de instabilidade de medidas:

Entupimento ponte salina Contaminao do eletrlito de KCL Depsitos de precipitados sobre membrana de vidro


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Medio de eH eletrodo de Pt combinado com eletrodo de ref

Calibrao com soluo Fe2+/Fe3+ de eH conhecidoProblemas de medidas semelhantes ao do pH + reao com eletrodoPt

eH = e medido + 200 mV (eletrodo ref Ag/AgCL) oueH = e medido + 240 mV (eletrodo ref Calomelano sat)

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59/172

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64/172

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Tcnicas de Tratamento de Efluentes Lquidos:


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Remoo de Slidos em SuspensoDecantao

Filtrao

Remoo de Contaminantes OrgnicosAdsoro ou

Oxidao BiolgicaOxidao Qumica

Matria Orgnica + Oxidante = CO2


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Remoo de Contaminantes Inorgnicos

Neutralizao cido / Base

H+

(efluente) + OH-

(base adicionada) = H2O (at pH = 5-9)

Precipitao de Metais / Hidrxidos / Sulfetos

M2+ (efluente cido) + OH- (base adicionada) = M(OH)2M2+ (efluente) + S2- (Na2S) = MSPb2+ (efluente) + CO3

2- = PbCO3aps precipitao de metais >> filtrao


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Oxidao de Cianetos

CN- (efluente) + H2O2 = CNO- + H2O

CNO- + 2H2O = NH4+ + CO3

2-

Oxidao de Nitritos, Sulfitos, SulfetosNO2

- (efluente) + H2O2 = NO3- + H2O

SO32- (efluente) + H2O2 = SO4

2- + H2O

Remoo de Fosfatos

2 PO43- (efluente) + 3 Ca2+ (CaCl2) = Ca3(PO4)2

Processo de OxidaProcesso de Oxidao Avano Avanada (POA) Fentonada (POA) Fenton


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FeFe 2+2+ + H+ H22OO22 FeFe 3+3+ + OH+ OH-- ++ HOHO ..

Alvos: FenAlvos: Fenis, Corantes, Derivados de Petris, Corantes, Derivados de Petrleo, DQO, recalcitrantesleo, DQO, recalcitrantes

FeFe 3+3+ + 3 OH+ 3 OH-- Fe(OH)Fe(OH)33 (s)(s)

FeFe 3+3+ + H+ H22OO22 FeFe 2+2+ + H+ H++ ++ HOHO22 ..

pH: 3 - 4

pH: 6 - 9

POA Oznio + PerPOA Oznio + Perxidoxido


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HH22OO22 + 2 O+ 2 O33 3 O3 O22 + 2+ 2 HOHO ..

Alvos: Amnia, Corantes, Recalcitrantes em geralAlvos: Amnia, Corantes, Recalcitrantes em geral

POA / HPOA / H2OO2 FotoFoto--Ativado com UVAtivado com UV


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POA / HPOA / H22OO22 FotoFoto-Ativado com UVAtivado com UV

HH22OO22 ++ (UV(UV = = = = = = = = 254 nm254 nm)) 22 HOHO..

Alvos: FenAlvos: Fenis, Corantes, DQO, recalcitrantes em geralis, Corantes, DQO, recalcitrantes em geral

O poder da Oxidao Avanada


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-- Abatimento de DQO e Cor de Efluente de Trat. Biolgico

Reutilizao de gua na Indstria


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g

Objetivo: Reduo de custos ou condio de outorga

Estratgia de Projeto: Inventrio dos consumos e caractersticas para cada aplicao

gua Potvel

gua para lavagem de ptios / abatimento de poeira gua para utilizao industrial

Preparao de Solues de Processos

Refrigerao / AquecimentoLubrificao / ResfriamentoLavagem de Peas

Reuso deReuso de guas e Efluentes na Indguas e Efluentes na Indstriastria


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Indstria

MatMatriaria PrimaPrimainsumosinsumos

ProdutosProdutos EmissesEmisses GasosasGasosasResResduosduos SSlidoslidosEfluentesEfluentes LLquidosquidos

EnergiaEnergiaguaguaProdutosProdutos QuQumicosmicosMateriaisMateriaisDiversosDiversos

ETAETA

ETEETE TRTR

Objetivos do Reuso:Objetivos do Reuso:


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Custo daCusto da gua na Indgua na Indstria sem Reusostria sem Reuso

CA = gua Nova + TA + TE + Descarte

AN+TA+DE = at 20 R$/m3 (SABESP acima de 50 m3/ms)

AN+DE = 0.008 a 0.28 R$/m3 (ANA Paraba do Sul)

Objetivos do Reuso:Objetivos do Reuso:

Condio para Licenciamento

Minimizao do Custo de gua (CA)

Reduo de Custos de Trat. de Efluentes (TE)

Conservao de Recursos Naturais

Custo daCusto da gua na Indgua na Indstria com Reuso:stria com Reuso:


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gg

CA = gua Nova + TA + TR + TE + Descarte

Condicionantes Econmicos:Condicionantes Econmicos:

TR (custo do trat. reuso) tem que estar associado reduo de

AN+TA+TE+Descartede modo que CA com reuso seja menor do que CA sem reuso.

Custos de Resduos de TA, TE e TR tambm tem que ser

considerados.

Mas TR pode ser maior em casos de condio para licenciamento.

Custo deCusto de guagua


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Custo deCusto de guagua

sem Reuso vs com Reusosem Reuso vs com Reuso

ANAN

TATA

ANAN

TETE

DEDE

TATA

TRTR

TETEDEDE CACA($)($)

NecessidadeNecessidade dodo processoprocesso

NecessidadeNecessidade dodo processoprocesso

ObrigaObrigaoo LegalLegal

AspectosAspectos aa considerarconsiderar emem PlanosPlanos dede


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UsoUso ee ReusoReuso dede guasguas

ReduReduoo // RacionalizaRacionalizaoo dodo usouso dede guagua na produna produoo ProduProduo +o + LimpaLimpa

ReduReduoo dada contaminacontaminaoo dada guagua na produna produooUtilizaUtilizaoo dede TecnologiasTecnologias LimpasLimpasUtilizaUtilizaoo de Reagentesde Reagentes QuQumicosmicos LimposLimposReduReduoo dede ResResduosduos InaproveitInaproveitveisveis

TodosTodos essesesses fatoresfatores objetivamobjetivam aa ReduReduoo dede CustosCustosee ConservaConservaoo dede RecursosRecursos NaturaisNaturais

ProcessosProcessos dede TratamentoTratamento dede guasguas ee EfluentesEfluentes


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RemoRemooo dede SSlidoslidos e Cole Colidesides

TratamentosTratamentos BiocidasBiocidas

RemoRemooo de Contaminantesde Contaminantes DissolvidosDissolvidos

TratamentosTratamentos BiolBiolgicosgicosMembranasMembranas (OR / ultra e nano(OR / ultra e nano--filtrafiltrao)o)FlotaFlotaoo porpor ArAr DissolvidoDissolvidoAdsorAdsorooResinasResinasPrecipitaPrecipitaoo // CoagulaCoagulaoo // FloculaFloculaoo

TratamentosTratamentos EletroquEletroqumicosmicosOxidaOxidaoo QuQumicamica

ProcessosProcessos dede TratamentoTratamento dede guasguas ee EfluentesEfluentes


81/172

Pedro Henrique de Sousa

FCPI 2004

Osmose ReversaNanoe Ultrafiltrao

1.1. ConsideraConsideraes Geraises Gerais


82/172

So processos utilizados para a remoo de partculas de umsolvente (filtram).

Utilizam-se da tecnologia de membranas semi-permeveis,

que funcionam como um filtro, deixando a gua passar por seusporos, impedindo a passagem de slidos dissolvidos.

Quanto menor o poro, maior ter que ser a presso exercida,logo maior o custo.

Cada processo estar associado a um tamanho de poro, que,por sua vez, filtrar partculas de um determinado tamanho


83/172

(espectro de filtrao).

4.4. Osmose ReversaOsmose Reversa


84/172

Utiliza uma membrana para separar preferencialmente

fluidos ou ons diferentes. Inverso do fluxo osmtico natural mediante a aplicao deuma presso da grandeza de 200-800psi.

Necessita de considervel quantidade de energia. Tambm chamada de hiperfiltrao, o processo maiseficiente de filtrao conhecido.

Separa toda partcula de peso molecular maior que 150daltons (bactrias, sais, aucares, vrus, protenas... ).

Pode ser usada para purificar fluidos como etanol e glicol(46 daltons).


85/172

Produz gua potvel com as mais rgidas especificaes. Dessalinizao da gua do mar ou salobras de alta salinidade.

usada na purificao degua para dilise. Fabricao de medicamentos.

Como funciona?Como funciona?

Duas solues, de concentraes diferentes, separadas por uma


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membrana semi-permevel:

I. Ocorre aOsmose.

II. Atinge-se o equilbrio osmtico.

III. Aplica-se uma presso afimde vencer a presso osmtica.

3.3. NanofiltraNanofiltraoo


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Utiliza uma membrana para separar preferencialmente fluidos

ou ons diferentes. capaz de concentrar constituintes que tenham um pesomolecular maior do que 1,000 daltons (aucares, virus, saisbivalentes, bacteria, proteinas, corantes...).

Necessita de uma presso em torno de 50-225 psi, requerendomenos energia do que a osmose reversa para realizar aseparao.

Comumente usada quando a alta rejeio para sais da osmosereversa no necessria.


88/172

permevel entre 15-90% para sais e efluentes orgnicos depeso molecular entre 300-1000daltons.

Mais econmica para a remoo de cidos pertencentes famlia de cidos hmicos e flvicos da gua potvel.(responsaveis pela cor).

Abrandamento da dureza total da gua (remoo de CaCO3). Recuperao de acares de efluentes.

4.4. UltrafiltraUltrafiltraoo


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Utiliza uma membrana para separao slido/lquido e

eliminao de partculas Filtra constituintes que tenham um peso molecular maior doque 10,000 daltons (bactria, algumas protenas, algunscorantes...).

Necessita de uma presso em torno de 10-100 psi, requerendomenos energia do que a nanofiltrao para realizar a separao.

Comumente usada para separar uma soluo que se queira

reaproveitar um dos componentes da mistura. muito usado como pr-tratamento para a osmose reversa.


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No muito eficiente para separar efluentes orgnicos.

Recuperao de leos.

Recuperao de protenas em derivados lcteos. Recuperao de tintas de pintura por eletroforese.

5.5. ConsideraConsideraes Finaises Finais


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A filtrao utilizada nas membranas tangencial. Existe uma velocidade que

empurra a soluo contra a membrana eoutra de circulao que tenta evitardepsitos que podem entupir amembrana.

Para limpar a membrana utilizadoum fluxo contrario do permeado.

A separao por membrana uma tecnologia que temaplicaes industriais infindveis possibilitando a remoo total

d t i t d id iti d i l


92/172

de contaminantes das guas servidas, permitindo sua reciclagem,reduzindo o consumo e evitando portanto a poluio ao meioambiente.

AplicaAplicao em alguns segmentos industriais:o em alguns segmentos industriais:

MetalMetalrgicargica

Pintura de eletrodeposio.

Recuperao de sais metlicos deenxaguadura de peas.

Tratamento de efluentes com leosde corte.

Concentrao de sais para reuso oudescarte reuso de gua purificada.

LaticLaticniosnios

Ultrafiltrao de leite integral e

desnatado para aumentarrendimento na produo de queijo.

Concentrao, recuperao edessalinizao da lactose.

Fracionamento de soro paraconcentrado proticos.

gua purificada parahigienizao.

QuQumicamica

gua para caldeiras Ali tAli t i d b bidi d b bid


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gua para caldeiras. Pr-tratamento para troca inica.

Fracionamento de produtos.

Dessanilizao de corantes,

tintas e produtos de qumica fina. Retirada de gua de solues atemperatura ambiente e baixoconsumo energtico.

AlimentAlimentcia e de bebidacia e de bebida gua de baixo teor de sdiopara produo de refrigerantes.

gua para produo de cerveja.

Recuperao de aucares eoutros produtos e fluentes.

Concentrao de sucos: laranja,tomate, maa, abacaxi, etc.

Purificao e concentrao degelatina.

Fracionamento e concentraode albumina de ovos, protenasanimais, peixes e vegetais.

Remoo de volteis paraaprimorar o gosto do caf.

Concentrao de agentesespessantes (Agar, pectina, etc).

Farmacutica e CosmFarmacutica e Cosmticosticos Fracionamento e concentraode sangue, plasma, albumina eglobulina.

gua ultrapura para injetveis,

dialise e de uso farmacutico geral. Separao e concentrao demicrosolutos tais como:antibiticos, vacinas, vitaminas ecidos orgnicos.

Papel e CelulosePapel e Celulose

Purificao de gua dealimentao

TxtilTxtil

gua para processo


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Purificao de gua dealimentao.

Recuperao do xido de titnio.

Fracionamento, concentrao erecuperao de lignosulfonatos do

liquor usado.

gua para processo. Recuperao de lcali.

gua para banhos de corantes.

Combinando Micro, Ultra, Nanofiltrao e Osmose Reversa,

praticamente qualquer gua pode ser tratada para um descarte segurono meio ambiente

Combinao de Ultrafiltragem e

Osmose Reversa para o aproveitamentototal do efluente.

Amostra da gua de alimentao do UF, oConcentrado do UF e o permeado do RO.


95/172

PROCESSOS OXIDATIVOS

!

"#$%!&'!(!)!'

A maior parte dos processos industriais de grande porteutiliza grandes volumes de gua como insumo de produo.


96/172

A preocupao da sociedade em conservar esse preciosorecurso vem se traduzindo em dispositivos legais que tantoobrigam a indstria a descontaminar suas guas residurias(efluentes) antes do seu descarte, como tambm estabelecem apartir de 2003, modos de cobrana pela captao e descarte deguas.

Os dispositivos legais que limitam o contedo de poluentes nosefluentes descartados so estabelecidos pelo Conselho Nacional doMeio Ambiente (CONAMA Resoluo 357/2005) .


97/172

Os objetivos visados so essencialmente de reduo de custos de

produo, e os benefcios para a sociedade so a conservao derecursos naturais.

A poltica de proteo da qualidade de guas territoriais, suaoutorga para uso industrial e sua correspondente cobrana vem

sendo estabelecidas pela recm criada Agncia Nacional de guas(ANA) a partir de 2003.

Nesse contexto, a indstria vem manifestando interesse crescenteem adotar novos processos de tratamento de suas guas

residurias que permitam a sua reutilizao dentro do prprioprocesso produtivo.

*!(!&!+&!$"!+&!(

Tratamento PrimTratamento Primriorio


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GradeamentoDecantaoFlotaoSeparao de leo

EqualizaoNeutralizao

Tratamento SecundTratamento SecundriorioTratamentos biolgicos (aerbio, anaerbio)

Tratamento TerciTratamento TerciriorioFiltraoMembranas (microfiltrao, ultrafiltrao, osmose inversa, eletrodilise)Adsoro em carvo ativadoTroca inica

Processos de remoo de nutrientesProcessos Oxidativos convencionais (Cloro, oznio, H2O2, ...)Processos Oxidativos Avanados

Alternativas de aplicaes de Oxidao Qumica


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Oxidao(cianeto,metais eOutros)

PrecipitaoQumica

EqualizaoTratamento

Biolgico

Ps TratamentoPor Oxidao

Qumica

Alternativas de aplicaes de Oxidao Qumica

& 62


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&62

Objetivos no Tratamento de Efluentes

1. Oxidar poluentes a produtos finais no poluentes;

2. Converter poluentes em substncias intermedirias maisbiodegrveis;

3. Converter poluentes em substncias removveis por algumaoperao ou processo unitrio (ex. precipitao qumica,adsoro em carvo ativado,....)

& 62

TratamentoTratamento OxidativoOxidativo dede guas e Efluentesguas e Efluentes


101/172

&62

Alguns exemplos de Oxidao Qumica

1. Oxidao de poluentes a produtos no poluentes:

Desinfeco de guas para destruio e inibio do

crescimento de microorganismos e algas; Destoxificao de efluentes contendo cianetos; Remoo de cor e odor de guas residurias; Reduo de DQO de guas residurias; Remoo de H2S (controle de odor e corroso);

Desnitrificao atravs da clorao ao breakpoint.


& 62



102/172

&62


2. Converso de poluentes recalcitrantes em biodegradveis

Pr-oxidao com oznio ou H2O2 de compostos

orgnicos recalcitrantes, seguida ou precedida detratamento biolgico.

3. Converso de poluentes em produtos finais no poluentes


& 62



103/172

&62


4. Converso de poluentes em substncias removveis poralgum outra tcnica

Oxidao de ferro(II) a ferro(III) e de arsnio(III) aarsnio(V), permitindo a sua precipitao;

Oxidao parcial de compostos orgnicos seguida deadsoro;


O Caminho para a Produo + Limpa


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OxidantesContaminantes

Cloro/ Hipoclorito

cido Crmico

/ Di-cromato cido Ntrico

Permanganato

Oxidantes Limpos

Oxignio

Oznio

Perxido de Hidrognio Processos de Oxidao

Avanada (Radicais HO.)

Alguns Oxidantes


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3.032.802.071.841.771.671.501.49

1.36

Fluorito (F2)Radical hidroxila (HO)Ozonio (O3)cido de Caro (H2SO5)Perxido de Hidrognio (H2O2)Permanganato de potssio (KMnO4)Dixido de cloro (ClO2)cido hipocloroso (HClO)

Cloro (Cl2)

Potencial padro doxidao (V)

Oxidante


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Principais Compostos e Produtos Comerciais a Base de Cloro


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Produto ou Composto Cloro Disponvel (%)

Cloro (Cl2)

Hipoclorito de clcio comercialHipoclorito de sdio (comercial)

gua sanitria

100

70 7410 20

2 - 4

usados na Oxidao Qumica e Desinfeco

Cloro em gua Pura


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Hidrlise:

Quando dissolvido em gua pura, o cloro (Cl2) rapidamentehidrolisado formando-se uma mistura de cido hipocloroso (HClO) ecido clordrico (HCl).

* "*&(& "" "'

H2O2H2O2


109/172

OO

Alvos: Cianetos, Sulfetos, Sulfitos, Nitritos, DQO, Metais PesadAlvos: Cianetos, Sulfetos, Sulfitos, Nitritos, DQO, Metais Pesadosos


110/172

Perxido de Hidrognio


111/172

OznioOznio


112/172

Alvos: Cianetos, Sulfetos, Sulfitos, Nitritos, DQO, Metais PesadAlvos: Cianetos, Sulfetos, Sulfitos, Nitritos, DQO, Metais Pesadosos


113/172

Oznio


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Oznio como agente oxidante:

O oznio (O3) um poderoso agente oxidante, sendo o seu potencialpadro de oxidao mais elevado do que os dos demais oxidantescomumente usados, incluindo o perxido de hidrognio e o cloro.

Meio cido:O3 (g) + 2 H+ + 2e- O2 (g) + H2O Eo = 2,07 V

Meio alcalino:O3 (g) + H2O + 2e- O2 (g) + 2 OH- Eo = 1,25 V

OznioAlgumas propriedades do oznio:


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Algumas propriedades do oznio:

O oznio um gs nas condies normais de temperatura e presso.

Seu ponto de ebulio de 112oC a presso atmosfrica. um gstxico cuja concentrao no ar no deve ultrapassar 0,1 ppm emvolume. Solubilidade em gua: cerca de 30 vezes maior que a do oxigniopara temperaturas entre o e 30 C. Devido a sua instabilidade em soluo, o oznio gerado in situ, porum equipamento denominado gerador de oznio. Estabilidade: - Em soluo aquosa o oznio relativamente instvel,

com meia-vida de 165 min a 20C.

- No ar o oznio mais estvel, com meia-vida de cercade 12 h em condies normais de presso etemperatura.


116/172


117/172

cido de Carocido de Caro -- HH22SOSO55


118/172

HH

22SOSO

44 + H+ H

22OO

22 ==

HH

22SOSO

55 ++

HH22OO

eeoo

= + 1.84 V= + 1.84 V


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Processo Oxidativo Avanado (POA)

Fenton /


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O3/UV

H2O2/O3

Feixe deeltrons

Rays

FotocatliseHeterognea

Foto-Fenton

H2O2/UV/O3

HO

Plasma NoTermico

Processo Fenton

Oxidative- catalytic mixture (H2O2 + Fe2+/Fe3+)


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Fe 2+ + H2O2 Fe 3+ + OH- + HO

Fe 3+ + 3 OH- Fe(OH)3 (s)

C6H

5OH + 14 H

2O

2 6 CO

2+ 17 H

2O

Fe2+

Alvos: FenAlvos: Fenis, Corantes, Derivados de Petris, Corantes, Derivados de Petrleo, DQO, recalcitrantesleo, DQO, recalcitrantes

Processo Foto-Fenton


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Foto- Fenton Fe+2/Fe+3 + H2O2 + UV

Regenerao do Fe2+

Fe+3(OH)2+ + h Fe2+ + OH

OH + Fenol Substncias oxidadas

(pH = 3 5) e Fe/H2O2 = 1 / 5-10

Remoo por POA Foto-Fenton

A mineralizao completa das substncias orgnicas pode serconseguida com a combinao das reaes Fe(II)/Fe(III)/ H2O2com radiao UV/Visvel.


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O melhor desempenho explicado por:

pela regenerao do Fe(II) pela fotlise dos hidrxidos deFe(III)

Fe+3(OH)2+ + h Fe2+ + OH pelas reaes fotoqumicas dos complexos formados com o

Fe(III) e intermedirios da degradao ou substratosorgnicos, especialmente cidos orgnicos, gerando onsferrosos acompanhados da mineralizao dos poluentes:

Fe+3(RCO2)+2 + h Fe2+ + CO2 + R

Exemplo, os complexos estveis formados com carboxilatos oupolicarboxilatos (complexos so ativo fotoquimicamente)


124/172


125/172


126/172

Lmpada UV instalada axialmente na cmara de tratamento


127/172


128/172

H2O2 Fotoativado com UV


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H2O2 + (UV) 2 HO

Wavelength = 254 nm

Alvos: FenAlvos: Fenis, Corantes, DQO, recalcitrantes em geralis, Corantes, DQO, recalcitrantes em geral

Oznio - O3

Oznio pode ser catalisado por:


130/172

p p

Radiao UV

Perxido de Hidrognio

Ultrasom

pH Faixa alcalina

O3 O2 + O

O + H2O HO + HO

Wavelength = 254 nm

Hv < 310 nm

O3 + H2O2 (Peroxone Process)


131/172

H2O2 + 2 O3 3 O2 + 2 HO

Alvos: Amnia, Corantes, Recalcitrantes em geralAlvos: Amnia, Corantes, Recalcitrantes em geral

H2O2 H+ + HO-2

O3 + HO-2 O-3 + HO2


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O3

- + H+ HO3

HO2 H+ + O-

2

HO3 HO + O2 O-2 + O3 O2 + O-3

O-3

+ H+ HO3

HO3 HO + O2

H2O2 + 2O3 2 HO + 3O2

O3 + H2O2 + UV


133/172

Sistema de UV

Fotocatlise Heterognea

Semicondutor + h e-CB + h+VB


134/172

TiO2, ZnO, CdS, WO3, ZnS, Fe2O3

h+ + H2Oads HO + H+

h+ + OH-ads HO

TiO2 (e- CB + h+VB) TiO2 +

e- + O2 O2-

O2- + H+ HO2

CaracterCaractersticassticas dosdos OxidantesOxidantes LimposLimpos

Oxidante eo (V) S gua (mg/L) Preo Investimentocapacidade capacidade Oxidante em gerador

Oxidante eo (V) S gua (mg/L) Preo Investimentocapacidade capacidade Oxidante em geradoroxidativa cintica(*) US$/t do oxidante


135/172

capacidade capacidade Oxidante em geradoroxidativa cintica (*) US$/t do oxidante

O2 (ar compr) 1.23 10 1 sim

O2 1.23 10 100 0

H2O2 1.76 1000000+ 1000 0

OH. 2.80 10000 + 1100-3500 sim

O3 2.07 15 2500 sim

(*) Capacidade Cintica >>>> -d[Poluente]/dt = k [Poluente] [Oxidante]

oxidativa cintica( ) US$/t do oxidante

Processos Oxidativos Avanados (POAs)


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Custos Depende do processo

Fenton gera lodo Alguns requerem investimentosno gerador ou nas lmpadas de UV

Elevado Potencial de Oxidao

Destri uma grande gama decompostos orgnicos

Substncias recalcitrantes

Mineralizao dos poluentes Converso de poluentesrefratrios em substnciasbiodegradveis

Possibilidade de reso

DesvantagensVantagens


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Aplicaes Especficas

Oxidao convencional

OxidaOxidao de Cianetos em Efluenteso de Cianetos em Efluentes

OxidaOxidaoo

CNCN-- + H+ H22OO22 CNOCNO-- + H+ H22OO


138/172

HidrHidrlise do Cianatolise do CianatoCNOCNO-- + 2 H+ 2 H22OO NHNH44++ + CO+ CO3322--

PrecipitaPrecipitao de ferroo de ferro--cianetoscianetos2M2M2+2+ + Fe(CN)+ Fe(CN)6644-- MM22Fe(CN)Fe(CN)66 (s)(s)

M(CN)M(CN)4422--

+ 4 H+ 4 H22OO22 + 2 OH+ 2 OH--

M(OH)M(OH)22 (s) + 4 CNO(s) + 4 CNO--

+ 4 H+ 4 H22OO

O idOxidao

RemoRemoo de Fe deo de Fe de guas e Efluentesguas e Efluentes


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OxidaOxidao:o:

2 Fe2 Fe 2+2+ (aq) + H(aq) + H22OO22 + 2 H+ 2 H++ (aq)(aq) 2 Fe2 Fe3+3+ (aq) + 2 H(aq) + 2 H22OO

PrecipitaPrecipitao:o:FeFe 3+3+ (aq) + 3 OH(aq) + 3 OH (aq)(aq) Fe(OH)Fe(OH)33 (s)(s)

RemoRemoo de Fe deo de Fe de guas e Efluentesguas e Efluentes


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OxidaOxidao de Compostos de Enxofreo de Compostos de Enxofre

Efluentes Flotaoguas e Efluentes


141/172

guas e Efluentesde RefinoPetrleo

Esgoto Sanitrio

Estratgias de Oxidao


142/172

Em meio cido a neutro

HH22SS + H+ H22OO22 = S + 2 H= S + 2 H22OO

ReaReaeses


143/172

HSHS-- + H+ H22OO22 + H+ H++ = S + 2 H= S + 2 H22OO

Em meio alcalino

SS22-- + 4 H+ 4 H22OO22 = SO= SO4422-- + 4 H+ 4 H22OO

PrecipitaPrecipitao do Hidro do Hidrxido (pH > 10)xido (pH > 10)RemoRemo

o de Manganso de Mangans


144/172

MnMn 2+2+ + 2 OH+ 2 OH-- Mn(OH)Mn(OH)22 (s)(s)

PrecipitaPrecipitao Oxidante (pH: 8 a 9)o Oxidante (pH: 8 a 9)

MnMn 2+2+ + H+ H22OO22 MnOMnO22 (s) + 2 H(s) + 2 H++

PrecipitaPrecipitao de Mangans ([Mn] < 1 mg/L)o de Mangans ([Mn] < 1 mg/L)


145/172


146/172

Aplicaes Especficas

Processos Oxidativos Avanados

Aplicaes de POA: Remoo de orgnicos recalcitrantes

T i l til Metil etil cetona


147/172

Tricloroetileno

Tetracloroetileno2-ButanolClorofrmioMetil isobutil cetona (MIK)Metil terbutil ter (MTBE)Benzeno tolueno xileno (BTX)4-Metil-2-pentanol

Fenis

Metil etil cetona

Tetracloreto de carbonoTetracloroetilenoToluenoDicloroetano

DicloroetenoTricloroetanoTricloroetenoDioxinas

OxidaOxidao de Feno de Fenisis

Substncia Recalcitrante


148/172

Phenols and its derivativesComposites with one hydroxil on the aromatical ring

OH OH

CH3

OH OH


149/172

,! 111

3

CH3 CH3

OH

OH

OH

OH

OH

OH

! !Q !!

Cl

OH

OxidaOxidao de Feno de Fenis com Sistema Fentonis com Sistema Fenton

FenolFenol, CatecolCatecol hidroquinol e resorcinol ou formas oxidadas destes, hidroquinol e resorcinol ou formas oxidadas destes


150/172

CC66HH

55OH + 14 HOH + 14 H

22OO

226 CO6 CO

22+ 17 H+ 17 H

22OO

Fenol,Fenol, CatecolCatecol, hidroquinol e resorcinol ou formas oxidadas destes, hidroquinol e resorcinol ou formas oxidadas destes

compostos.compostos.

FeFe2+2+

Fenton

[C H OH] 6 0 ppm


151/172

0

1

2

3

4

5

6

7

0 10 20 30 40

Time (min)

Phenols(mg/L)

H 2O2 200 % sto ic. excess- Fe/ H2 O2=1/ 5

H 2O2 200 % sto ic. excess- F e/ H 2O2 = 1/ 10

[C6H5OH] = 6.0 ppm

[S=] = 30 ppm[H2O2] = [C6H5OH] + [S=]pH = 4[Cl-] = 44000 ppm

'6 ,*

,.#LR/ R/L,.# 3LR/ #LR/


152/172

/

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-- Abatimento de DQO e Cor de Efluente apAbatimento de DQO e Cor de Efluente apssTrat. BiolTrat. Biolgicogico

Exemplo do poder da OxidaExemplo do poder da Oxidao Avano Avanadaada


153/172

Constante(M-1.seg-1)

O HO

Composto orgnico


154/172

2 7,8x109

14 7,8x109

0,75 4,0x109

17 4,0x109


155/172

55

4131ND

792

770127ND

1410

1310657ND

1010

918350ND

304

30034214

5,2

5,23,53,1

0

5757113

THF

(mg/L)

MIBK

(mg/L)

4M 2P

(mg/L)

2 But

(mg/L)

MEK

(mg/L)

pHH2O2(mg/L)

Tempo de reao = 1hpH ajustado com H2SO4

MEK Metil Etil CetonaMIBK Metil Isobutil CetonaTHF Tetrahidrofurano

Efeito do H2O2 + Fe2+ na remoo de orgnicos

ReduoDQO(*)Depois

Oxida

ReduoDQO(*)Antes

Oxida

CL50(%)Depois

Oxidao

CL50(%)Antes

Oxidao

ReduoCOT(%)

ReduoDQO(%)

ConcInicial(mg/L)

Composto(mg/L)


156/172

(*) Tempo de reao = 2 dias degradao biolgica

Condies = dosagem de H2O2 estequiomtrico, pH 3,5, 50 mg/L Fe2+

NT = No txico

31405151

47373939

590

160

651800

76,2NTNTNT

NTNTNTNT

6,035,72,51,3

0,45,11,80,3

38435638

40484122

72777573

72757576

616466541541

541625625625

NitrobenzenoAnilina

0-Cresolm-CresolP-Cresol

O-ClorofenolnClorofenolP-clorofenol

oo

Aplicaes POA


157/172

Aplicaes POA


158/172


159/172

Comparao entre os POAs


160/172



161/172



162/172

ETE: Tratamento Biolgico


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ETEs: Tratamento Biolgico


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ETEs: Tratamento Biolgico


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Filtro Biolgico Rotor


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Remoo de Slidos em Suspenso -Espessadores


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Remoo de Slidos em Suspenso -Espessadores


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Remoo de Slidos em Suspenso Filtro Prensa


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Remoo de Slidos em Suspenso Filtro Prensa


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RemoRemooo dede SSlidoslidos emem SuspensoSuspenso

FiltroFiltro RotativoRotativo aa VVcuocuo


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RemoRemooo dede SSlidoslidos emem SuspensoSuspenso

FiltroFiltro dede AreiaAreia ouou CarvoCarvo


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