5 processos químicos unitários

processos químicos unitários em um ETAR

1. ERNA | 4º ano @2012 5. Processos Químicos Unitários

2. 5.Operações Químicas Unitárias Operações e processos Operações químicas Os processos químicos usados no tratamento de águas residuais são concebidos de forma a promover alterações nos poluentes, promovendo reacções químicas. São usados em conjunção com operações físicas unitárias e processos biológicos Tem uma desvantagem relativamente aos processos físicos porque são processos aditivos Existe um aumento nos constituintes dissolvidos na água Factor importante se se considerar a reutilização da água Processos considerados: precipitação química, adsorção, desinfecção , remoção do cloro e outras aplicações. 2 O que são processos Quimicos ?

3. Operações e processos químicos Precipitação química (a) Precipitação química Antes da sedimentação Promove a floculação de solidos finamente divididos, em flocos com maior capacidade de sedimentação Promove a eficiência da remoção e tratamento dos sólidos suspensos, da CBO, do fósforo (quando comparado com a sedimentação isolada, sem coagulação). 3 5.Operações Químicas Unitárias

4. Operações e processos químicos Precipitação química (a) Precipitação química O grau de clarificação obtido depende da quantidade de químicos usados e o cuidado com que o processo é gerido A selecção de coagulantes para o aumento da sedimentação é baseado no desempenho, fiabilidade e custo. A avaliação do desempenho usa testes da água residual para determinar doses e efectividade Os coagulantes químicos que são usados são Sulfato de alumínio (Al2(SO4)3.14.3 H2O), Cloreto de ferro (FeCl3.6H2O), Sulfato ferrico (Fe2(SO4)3), Sulfato ferroso (FeSO4.7H2O) e cal (Ca(OH)2). Polielectrolitos Organicos 4 5.Operações Químicas Unitárias

5. Operações e processos químicos Precipitação química A remoção de sólidos suspensos através do tratamento químico envolve uma série de três operações unitárias: mistura rápida, floculação e sedimentação. Mistura rápida: o químico é adicionado e disperso completamente pela água durante 20 a 30 segundos numa bacia com um misturador de turbina. As partículas coaguladas são juntas através de floculação, induzindo gradientes de velocidade dentro do líquido de forma mecânica .A floculação demora 15 a 30 minutos numa bacia que contenha misturadores de turbina ou de pás. O passo final é a clarificação por gravidade 5 5.Operações Químicas Unitárias

6. Operações e processos químicos Precipitação química As vantagens da coagulação incluem uma maior eficiência de remoção, a possibilidade de usar maiores taxas de tratamento, e um desempenho mais consistente. Por outro lado a coagulação resulta numa maior produção de lamas cuja desidratação e redução de volume é mais difícil. Também envolve maiores custos operacionais e exige mais atenção da parte do operador. 6 5.Operações Químicas Unitárias

7. Sistemas de tratamento de águas residuais Operações e processos físicos Gradagem Fragmentação Equalização dos fluxos Sedimentação Precipitação química Adsorção com carvão activado (b ) Adsorção com carvão ativado É um processo que colecta as substâncias solúveis fazendo-as contactar com uma interface adequada O carvão activado é produzido aquecendo carvão a uma alta temperatura e activando-o pela exposição a um gás oxidante. O gás desenvolve uma estrutura porosa no carvão, criando uma grande área superficial. O carvão ativado pode ser separado em vários tamanhos com diferentes capacidades de adsorção 7

8. Sistemas de tratamento de águas residuais Operações e processos físicos Gradagem Fragmentação Equalização dos fluxos Sedimentação Precipitação química Adsorção com carvão activado (b ) Adsorção com carvão activado Uma coluna fixa é usada usualmente para promover o contacto da água com o carvão activado . A água é aplicada no topo da coluna e removida na base, com o carvão fixo. A limpeza em fluxo oposto e a limpeza superficial são aplicadas. o carvão activado pode ser regenerado pela remoção da matéria orgânica adsorvida através da oxidação num forno No tratamento de águas residuais, a adsorção com carvão activado – interface sólida – segue normalmente o tratamento biológico e tem por objectivo remover os compostos organicos dissolvidos que sobraram. A matéria particulada presente na água também pode ser removida 8

9. Operações e processos Operações químicas Tratamento de águas residuais usando Carvão activado envolve a adição do pó directamente para o tratamento biológico de efluentes ou o processo de tratamento físico-químico, como seja o caso. PAC é geralmente adicionado à águas residuais numa bacia contactando para um determinado período de tempo. Em seguida, é deixada em repouso para o fundo do tanque e removido. A remoção do carbono em pó pode ser facilitada pela adição de coagulantes polielectrólitos ou a filtração através de filtros granular-médios. O maior problema com a utilização de carvão activado em pó é a de que a metodologia para a sua regeneração não está bem definida 9 5.Operações Químicas Unitárias

10. Operações e processos Operações químicas (c) Desinfecção Refere-se à destruição selectiva de micro-organismos que causem doenças. O processo é importante porque as águas residuais domésticas têm muitos micro-organismos associadas com doenças . Agentes de desinfecção : Agentes físicos – calor e luz, radiação (raios gama) Meios mecânicos – filtração, etc. Agentes químicos – incluindo cloro e compostos associados, bromo, iodo, ozono, compostos fenólicos, alcoois , metais pesados, sabões, detergentes sintéticos, alcalinos e ácidos, peroxido de hidrogenio , etc . 10 5.Operações Químicas Unitárias

11. Operações e processos Operações químicas (c) Desinfecção O cloro quando colocado na água tem a capacidade de penetrar atraves das paredes das celulas e atingir as partes vitais das bactérias, matando-as. Mecanismos : destruição da parede da célula, alterando a permeabilidade da célula, inibindo a actividade enzimátia , alterando a natureza coloidal do protoplasmo Na aplicação de agentes desinfectantes tem que ser considerados diferentes factores : tempo de contacto, concentração e tipo de agente químico, intensidade e natureza do agente físico, temperatura, numero de organismos, e natureza do liquido em suspensão 11 5.Operações Químicas Unitárias

12. Operações e processos Operações químicas 12 5.Operações Químicas Unitárias

13. Operações e processos Operações químicas (d) Remoção de cloro Para evitar a formação de compostos organoclorados , compostos estes que têm impactos de longos prazo na saude humana e nos ecossistemas Remoção de resíduos de cloro (livres e combinados) do efluente, antes da sua reutilização ou descarga para as águas de recepção . Os compostos clorados reagem com muitos compostos orgânicos e produzem compostos tóxicos que causam impactos adversos de longo-termo - organoclorados Pode ser conseguida a partir da utilização de carvão activado ou pela adição de um agente de redução como o dióxido de enxofre (SO2), sulfito de sódio (Na2SO3) ou sódio metabisulfito (Na2S2O5). A descloração não vai remover compostos tóxicos que já tenham sido produzidos . 13 5.Operações Químicas Unitárias

14. Operações e processos Operações químicas (e) Correcção de pH pH de uma água residual submetida a um tratamento biológico deve estar compreendido no intervalo 5,0 a 8,5, com valores óptimos entre 6,5 e 7,5 . Nos países que já adoptaram normas de qualidade a impor aos efluentes para que possam ser lançados em redes de colectores dotados de estação de tratamento, os limites para o pH rondam o intervalo 6 a 9. A correcção do pH apenas terá lugar quando da inclusão de efluentes industriais, cujo pH poderá ser muito baixo ou muito elevado . Nestes casos, por razões óbvias, a correcção do pH far-se-á em tratamento prévio, antes da entrada do efluente industrial na rede de colectores de águas residuais domésticas. Os compostos mais usados para a correcção do pH são a cal e os ácidos clorídrico ou sulfúrico . 14 5.Operações Químicas Unitárias

15. Operações e processos Operações químicas Outras aplicações químicas 15 5.Operações Químicas Unitárias

16. Operações e processos Operações químicas Outras aplicações químicas A título meramente informativo, apresentamos de seguida dois esquemas de tratamentos químicos completos de águas residuais, o primeiro incluindo a remoção do azoto e do fósforo e o segundo a usar quando a remoção do azoto não for essencial. No primeiro caso, a sequência de operações e processos é a seguinte: - adição de cal, precipitação química (a partir da adição de floculantes – sulfato de alumínio, cloreto férrico; seguida de sedimentação), remoção do amoníaco por corrente de ar, redução do pH por recarbornatação e precipitação do carbonato de cálcio. Segue-se uma filtração através de camada-múltipla para retenção dos flocos residuais e uma remoção das substâncias orgânicas dissolvidas remanescentes através de passagem por coluna de carvão activado , seguindo o efluente para o seu destino final ou para reutilização. Quando é para reutilização doméstica, deve ser adicionado também cloro. 16 5.Operações Químicas Unitárias

17. Operações e processos Operações químicas Outras aplicações químicas Quando a remoção do azoto não é necessária, a precipitação inicial com a cal pode ser substituída pela coagulação com sais de ferro ou de alumínio. No tratamento com a cal, o objectivo é elevar o valor do pH até 11. A utilização de produtos químicos no tratamento das águas é feita visando vários tipos de efeitos, nomeadamente a remoção da cor e turvação, controlo da agressividade, remoção da dureza em excesso, oxidação da matéria orgânica e do ferro, controlo do cheiro e sabor e a desinfecção . Para que um dado produto exerça o efeito pretendido, ele deve ser aplicado na dose certa, de acordo com as características da água e o objectivo do tratamento e para além disso, eles não devem conter elementos tóxicos ou de carácter prejudicial em concentrações que possam afectar a qualidade da água e o objectivo do tratamento. 17 5.Operações Químicas Unitárias