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Introdução aos Processos Químicos e Bioquímicos Aplicados a Sistemas de Tratamentos de Efluentes Industriais Prof.° Msc. Marco Veiga Engenheiro Químico – Sanitarista Msc. Engenharia Ambiental UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO ESCOLA DE QUÍMICA EQW-112- Introdução aos Processos Químicos e Bioquímicos Sumário Sumário Objetivos Metodologia Resultados Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 1- INTRODUÇÃO 1.1 - Atividade Industrial e Poluentes Prioritários 2- LEGISLAÇÕES AMBIENTAIS 2.1- Resolução CONAMA Nº 430, DE 13 DE MAIO DE 2011; 2.2-NT-202.R-10-Critérios e Padrões para Lançamento de Efluentes Líquidos; 2.3-DZ-205.R-6 - Diretriz de Controle de Carga Orgânica em Efluentes Líquidos de Origem Industrial; 2.4-DZ-942.R-7 - Diretriz do Programa de Autocontrole de Efluentes Líquidos Procon-Água 3- PRINCIPAIS INDICADORES DA POLUIÇÃO HÍDRICA 3.1- pH; Temperatura; Sólidos Suspensos; Turbidez; Sólidos sedimentáveis; Sais dissolvidos (cloretos, sulfatos, sulfetos, ...) Óleos e graxas; Metais pesados (Fe, Hg, Pb, Ni, Cu, Cr, Cd); Matéria orgânica: DBO, DQO 3.2-Compostos orgânicos específicos: detergentes, fenóis; Nitrogênio, fósforo. Sumário Sumário Objetivos Metodologia Resultados Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 4 – PROCESSOS DE TRATAMENTO DE EFLUENTES INDUSTRIAIS 4.1- Enfoques para o tratamento 4.2- Processos Físicos 4.2.1– Gradeamento (SG); 4.2.2- Sedimentação (SG), (SS); 4.2.3- Peneiramento (SG), (SS); e 4.3- Processos Físico-químico 4.3.1- Reação de Coagulação/Floculação(SS); 4.3.2- Flotação; 4.3.3- Precipitação Química 4.4 – Processos Biológicos: Aeróbicos e Anaeróbicos 4.4.1- Aeróbicos: 4.4.1.1- Lodos Ativados com Aeração Prolongada (LAAP); 4.4.1.2- Lagoas Aeradas Agitadas; 4.4.1.3- Filtros Biológicos de Percolação; 4.4.1.4- “RBC” - “Rotating Biological Contactors” - Bio-Discos; 4.4.1.5- Reatores de Leito Submerso; 4.4.1.6- Reatores Batelada Sequencial; Sumário Sumário Objetivos Metodologia Resultados Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 4 – PROCESSOS DE TRATAMENTO DE EFLUENTES INDUSTRIAIS 4.4.2 – Anaeróbicos: 4.4.2.1- Reatores Anaeróbios – Filtros Anaeróbios 5- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1.1 -Atividade Industrial e Poluentes Prioritários 1-Introdução Metodologia Resultados Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas A agricultura intensiva e a crescente atividade industrial colocam enormes desafios ambientais para a atual e as futuras gerações. Com o passar do tempo, muitos recursos naturais se exauriram ou se degradaram e outros correm o risco de ter o mesmo destino. As indústrias químicas e correlatas têm potencial poluidor e, em decorrência, sofrem severa vigilância dos órgãos ambientais fiscalizadores. Mais de 50.000 compostos químicos são comercializados Internacionalmente em níveis de toneladas anuais. Estima-se que cerca de 1000 novos produtos químicos são anualmente lançados no mercado. 1.1-Atividade Industrial e Poluentes Prioritários 1-Introdução Metodologia Resultados Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas Para muitos dos produtos químicos produzidos e comercializados, pouco conhecimento está disponível sobre o seu destino ou a sua acumulação no meio ambiente. Ademais, há insuficiência de dados ecotoxicológicos para a maioria deles. Avanços nas técnicas de tratamento de resíduos e efluentes têm permitido reduzir as emissões de poluentes para o meio ambiente. Por outro lado, globalmente, não há evidente tendência de decréscimo da geração de poluentes industriais. A enorme diversidade de substâncias químicas produzidas e comercializadas exigiu que elas fossem agrupadas em classes, para permitir análises, diagnósticos e tomadas de decisões. 1.1-Atividade Industrial e Poluentes Prioritários 1-Introdução Metodologia Resultados Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas Assim, há algum tempo, a Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA – Environment Protection Agency) elaborou uma lista com mais de uma centena de compostos e elementos químicos com comprovada ação deletéria sobre os ambientes aquáticos. Compõem a lista de poluentes prioritários da EPA, 13 metais pesados, o amianto, o cianeto e 114 poluentes orgânicos, dentre os quais: •21 pesticidas; •7 bifenilas policloradas e compostos relacionados; •26 compostos alifáticos halogenados; •7 éteres; •11 fenóis e cresóis; •6 ftalatos; •12 outros aromáticos monocíclicos; •16 aromáticos policíclicos; e •7nitrosaminas e compostos relacionados. 2-Legislação Ambiental 2-Legislação Ambiental Resultados Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 2.1- Resolução CONAMA Nº 430, DE 13 DE MAIO DE 2011 “Dispõe sobre as condições e padrões de lançamento de efluentes, complementa e altera a Resolução no 357, de 17 de março de 2005, do Conselho Nacional do Meio Ambiente-CONAMA”. Art. 1o Esta Resolução dispõe sobre condições, parâmetros, padrões e diretrizes para gestão do lançamento de efluentes em corpos de água receptores, alterando parcialmente e complementando a Resolução no 357, de 17 de março de 2005, do Conselho Nacional do Meio Ambiente-CONAMA. Art. 3o Os efluentes de qualquer fonte poluidora somente poderão ser lançados diretamente nos corpos receptores após o devido tratamento e desde que obedeçam às condições, padrões e exigências dispostos nesta Resolução e em outras normas aplicáveis. 2-Legislação Ambiental 2-Legislação Ambiental Resultados Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 2.1- Resolução CONAMA Nº 430, DE 13 DE MAIO DE 2011 Parágrafo único. O órgão ambiental competente poderá, a qualquer momento, mediante fundamentação técnica: I - acrescentar outras condições e padrões para o lançamento de efluentes, ou torná-los mais restritivos, tendo em vista as condições do corpo receptor; ou II- exigir tecnologia ambientalmente adequada e economicamente viável para o tratamento dos efluentes, compatível com as condições do respectivo corpo receptor. 2-Legislação Ambiental 2-Legislação Ambiental Resultados Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 2.2-NT-202.R-10- Critérios e Padrões para Lançamento de Efluentes Líquidos “Estabelecer critérios e padrões para o lançamento de efluentes líquidos, como parte integrante do Sistema de Licenciamento de Atividades Poluidoras – SLAP”. Esta NT aplica-se aos lançamentos diretos ou indiretos de efluentes líquidos, provenientes de atividades poluidoras, em águas interiores ou costeiras, superficiais ou subterrâneas do Estado do Rio de Janeiro, através de quaisquer meios de lançamento, inclusive da rede pública de esgotos. CRITÉRIOS PARA LANÇAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS Os efluentes líquidos, além de obedecerem aos padrões gerais, não deverão conferir ao corpo receptor,características em desacordo com os critérios e padrões de qualidade de água adequados aos diversos usos benéficos previstos para o corpo d’água. 2-Legislação Ambiental 2-Legislação Ambiental Resultados Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 2.2-NT-202.R-10- Critérios e Padrões para Lançamento de Efluentes Líquidos • pH entre 5,0 e 9,0 •Temperatura inferior a 40 ºC • Materiais sedimentáveis até 1,0 ml/l, em teste de 1 hora em “Cone Imnhoff”. • Ausência de materiais sedimentáveis em teste de 1 hora em “Cone Imnhoff” para lançamentos em lagos, lagoas, lagunas e reservatórios. • Materiais flutuantes: virtualmente ausentes • Cor: virtualmente ausente • Óleos e graxas • Óleos minerais até 20 mg/l • Óleos vegetais e gorduras animais até 30 mg/l. PADRÕES PARA LANÇAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS Poderão ser lançados desde que obedeçam aos seguintes padrões: 2-Legislação Ambiental 2-Legislação Ambiental Resultados Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas DZ-205.R-6 - DIRETRIZ DE CONTROLE DE CARGA ORGÂNICA EM EFLUENTES LÍQUIDOS DE ORIGEM INDUSTRIAL Estabelecer, como parte integrante do Sistema de Licenciamento de Atividades Poluidoras – SLAP, exigências de controle de poluição das águas que resultem na redução de: • Matéria orgânica biodegradável de origem industrial; • Matéria orgânica não biodegradável de origem industrial; e • Compostos orgânicos de origem industrial que interferem nos mecanismos ecológicos dos corpos d’água e na operação de sistemas biológicos de tratamento implantados pelas indústrias e pelas operadoras de serviços de esgoto. 2-Legislação Ambiental 2-Legislação Ambiental Resultados Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas DZ-205.R-6 - DIRETRIZ DE CONTROLE DE CARGA ORGÂNICA EM EFLUENTES LÍQUIDOS DE ORIGEM INDUSTRIAL Todas as unidades industriais que gerem efluentes, contendo matéria orgânica biodegradável deverão reduzi-la através das tecnologias de tratamento internacionalmente consagradas e disponíveis. Este é o enfoque de controle por níveis mínimos de remoção de carga orgânica. As tecnologias podem ser divididas em três níveis, a saber: • Nível 1 – processos capazes de remover no mínimo 40% da DBO, tais como sedimentação e flotação; • Nível 2 – sistemas capazes de remover no mínimo 70% da DBO, tais como valo de oxidação, reator anaeróbio de manta de lodo e filtro biológico; • Nível 3 – sistemas capazes de remover no mínimo 90% da DBO, tais como lodo ativado convencional, aeração prolongada e reator anaeróbio com pós- tratamento. 2-Legislação Ambiental 2-Legislação Ambiental Resultados Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas DZ-942.R-7 - DIRETRIZ DO PROGRAMA DE AUTOCONTROLE DE EFLUENTES LÍQUIDOS - PROCON ÁGUA Estabelecer as diretrizes do PROGRAMA DE AUTOCONTROLE DE EFLUENTES LÍQUIDOS - PROCON ÁGUA, no qual os responsáveis pelas atividades poluidoras informam regularmente à Fundação Estadual de Engenharia do Meio Ambiente - FEEMA, por intermédio do Relatório de Acompanhamento de Efluentes Líquidos – ERA as características qualitativas e quantitativas de seus efluentes líquidos, como parte integrante do Sistema de Licenciamento de Atividades Poluidoras - SLAP. 3- Principais Indicadores da Poluição Hídrica 3-Indicadores Poluição Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas Um efluente industrial é, em geral, resultante da mistura de diversas correntes geradas em diferentes unidades do processo produtivo. Vazão e características podem apresentar significativa variação ao longo do tempo. Mudanças de operação dos processos. Processos de produto. Mudanças na matéria prima. Atividades de limpeza. Outra característica dos efluentes industriais é a complexidade, no que se refere à composição química e à forma como se apresentam os poluentes (solúveis ou suspensos na fase aquosa). 3- Principais Indicadores da Poluição Hídrica 3-Indicadores Poluição Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas Milhares de compostos químicos distintos podem estar presentes num efluente industrial, em quantidades variáveis no tempo. Portanto, variabilidade e complexidade são atributos típicos dos efluentes industriais. Um efluente pode conter poluentes orgânicos e inorgânicos, que podem estar solúveis na água ou em suspensão na forma de partículas (sólidas ou líquidas). Escolha do tratamento dependerá das características do material particulado (tamanho, densidade, carga elétrica, etc.). Nessa operação gera-se um resíduo sólido ou pastoso, cujo destino deve ser estudado caso a caso. O material solúvel é removido com maior dificuldade para tal podem ser empregadas técnicas físico-químicas ou biológicas. 3- Principais Indicadores da Poluição Hídrica 3-Indicadores Poluição Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas • pH é resultado de várias interações entre as espécies químicas, das quais o CO2 é uma das mais importantes. • Perda contínua de CO2 dissolvido leva a aumento de pH • pH determina a solubilidade e a disponibilidade biológica (quantidade que pode ser usada pela biota aquática) dos constituintes químicos, tais como os nutrientes (P, N e C) e metais pesados (Pb, Cu, Cd e outros); •Afeta a dureza da água, confere gosto desagradável; •Podem levar à morte de peixes e outros organismos aquáticos. 3.1- pH 3- Principais Indicadores da Poluição Hídrica 3-Indicadores Poluição Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas Res. 430, CONAMA NT-202, INEA pH = 5 - 9 3.1- pH 3- Principais Indicadores da Poluição Hídrica 3-Indicadores Poluição Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 3.2- Temperatura • Interfere no cálculo da alcalinidade, salinidade, pH, nos valores de saturação de oxigênio dissolvido e na toxicidade de elementos ou substâncias; • Sabe-se que a elevação de 5°C na temperatura da água, pode alterar em 50% os efeitos tóxicos de certas substâncias e reduzir o tempo de sobrevivência dos peixes, crustáceos e rãs; •Tem efeito direto sobre a taxa ou cinética das reações químicas, nas estruturas protéicas e funções enzimáticas dos organismos; • Organismos aquáticos sofrem alterações comportamentais quando da elevação da temperatura, que no caso os obriga a um consumo maior de oxigênio, já reduzido em sua concentração na água, pelo próprio processo físico; • A solubilidade dos gases nos líquidos é inversamente proporcional à temperatura (quanto maior a temperatura, menor a possibilidade desse líquido reter os gases) 3- Principais Indicadores da Poluição Hídrica 3-Indicadores Poluição Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas Res. 430, CONAMA NT-202, INEA T < 40oC 3.2- Temperatura 3- Principais Indicadores da Poluição Hídrica 3-Indicadores PoluiçãoConsiderações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 3.3- Turbidez Medida da dificuldade de um feixe de luz atravessar uma certa quantidade de água, conferindo uma aparência turva à água; Causas da turbidez: sólidos em suspensão (silte, argila, sílica, colóides), matéria orgânica e inorgânica finamente divididas, organismos microscópicos e algas; Origem desses materiais: solo (quando não há mata ciliar); mineração (como a retirada de areia ou a exploração de argila); indústrias; esgoto doméstico, efluente industrial proveniente de processos. 3- Principais Indicadores da Poluição Hídrica 3-Indicadores Poluição Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 3.3- Turbidez Apresentam em tamanhos diferentes, variando de partículas maiores (>1 m), até os que permanecem em suspensão por muito tempo (partículas coloidais com diâmetro de 10-4 a 10-6 cm); Medição é feita com o turbidímetro ou nefelômetro, que compara o espalhamento de um feixe de luz ao passar pela amostra, com o de um feixe de igual intensidade, ao passar por uma suspensão padrão (Feema MF 435);e Quanto maior o espalhamento, maior será a turbidez. Expressa em unidades nefelométricas de turbidez (UNT ou NTU) ou em mg/L de SiO2 1 NTU = 7.5 mg/L de SiO2 3- Principais Indicadores da Poluição Hídrica 3-Indicadores Poluição Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 3.4- Sólidos Sedimentáveis Determinados para controlar o assoreamento dos corpos hídricos. Consiste no material em suspensão que sedimenta após um tempo definido; Teste é conduzido em proveta de 1L ou cone de Imhoff, onde se quantifica o volume de sólidos depositados em uma amostra de 1L após 1 h, sendo o resultado expresso em mL/L (Feema MF416). 3- Principais Indicadores da Poluição Hídrica 3-Indicadores Poluição Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 3.4- Sólidos Sedimentáveis Sólidos suspensos obstruem as guelras dos peixes; Sólidos sedimentáveis depositam sobre ovos de peixe e outros organismos, causando sua morte; e A turbidez reduz a penetração da luz na coluna d´água, prejudicando a fotossíntese. Se for grande (> 40 UNT), pode causar danos à respiração dos peixes. SS: Res. 430, CONAMA -NT-202, Até 1 mL/L. Ausentes em lagos e lagoas c/ veloc. de circulação nula. Materiais Flutuantes: Res. 430, CONAMA NT-202, INEA Ausentes. 3- Principais Indicadores da Poluição Hídrica 3-Indicadores Poluição Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 3.4- Sólidos Sedimentáveis Fonte: Braga et al., 2005. 3- Principais Indicadores da Poluição Hídrica 3-Indicadores Poluição Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 3.5- Sais Dissolvidos (Cl-; SO4 2-; H2S) • Aumento da conc. de sais no corpo receptor faz com que os m.o percam água para diluir a conc. de sais do meio e os m.o definham e morrem. • Sulfetos são oxidados por O.D., reduzindo seu teor. Sulfetos: Res. 430, CONAMA NT-202, INEA 1,0 mg S/L 3- Principais Indicadores da Poluição Hídrica 3-Indicadores Poluição Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 3.6- Óleos & Graxas O teor de óleos e graxas (O&G) é um indicador global representativo de uma ampla classe de substâncias que podem ser solubilizadas e extraídas por solventes orgânicos. Assim, o processo de extração por solvente é a base do método de determinação de O&G. Esse parâmetro tem o mérito de quantificar uma ampla classe de poluentes hidrofóbicos, que interagem com as membranas biológicas, podendo ter efeitos tóxicos e acumulativos 3- Principais Indicadores da Poluição Hídrica 3-Indicadores Poluição Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 3.6- Óleos & Graxas OG emulsionados ou associados na forma de filmes superficiais: • interferem na reaeração do corpo receptor, pois a atividade fotossintética é bloqueada; • apresentam efeitos tóxicos sobre certas espécies animais e vegetais; • os peixes da superfície morrem por intoxicação e falta do oxigênio; • peixes que vivem no fundo se alimentam de resíduos e morrem envenenados; • apresentam risco de incêndio; e • destroem a vegetação costeira e ribeirinha (impede a planta de captar O2 do ar). 3- Principais Indicadores da Poluição Hídrica 3-Indicadores Poluição Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 3.6- Óleos e Graxas Res. 430,CONAMA • Óleos minerais até 20 mg L-1 • Óleos vegetais e gorduras animais até 50 mg L-1. NT-202, INEA • Óleos minerais até 20 mg L-1 • Óleos vegetais e gorduras animais até 30 mg L-1. Óleo de Base Mineral Óleo de Base Vegetal 3- Principais Indicadores da Poluição Hídrica 3-Indicadores Poluição Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas As inúmeras substâncias orgânicas presentes num efluente podem receber a denominação global de matéria orgânica. Esse material além de poder se apresentar na forma solúvel ou suspensa, pode ser classificado como biodegradável ou persistente (não biodegradável). A despeito dos avanços observados na química analítica, a identificação inequívoca de todas as substâncias presentes num efluente é, ainda, uma tarefa praticamente inatingível. Ademais, a inerente variabilidade das características químicas dos efluentes industriais torna essa tarefa de identificação ainda mais difícil e complexa, senão inviável. Para contornar essa enorme dificuldade analítica foram propostos indicadores globais da matéria orgânica. DBO DQO COT 3- Principais Indicadores da Poluição Hídrica 3-Indicadores Poluição Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas É a quantidade de oxigênio requerida por microrganismos (predominantemente bactérias) para oxidar os compostos presentes numa amostra. A DBO é expressa em mg de O2 L -1. 3.7- Demanda Bioquímica de Oxigênio – DBO - A DBO5 representa o teor de matéria orgânica biodegradável presente num efluente. Fonte: Von Sperling et al., 2002. 3- Principais Indicadores da Poluição Hídrica 3-Indicadores Poluição Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 3.7- Demanda Bioquímica de Oxigênio – DBO - Esgoto doméstico: 120 a 500 mg L-1; Efluente de refinaria de petróleo, após a remoção de óleos e graxas: 300 a 800 mg L-1; Efluente da indústria de celulose e papel: 350 a 700 mg L-1; Efluente de cervejaria: 300 a 800 mg L-1; Vinhoto (produção de álcool): 5000 a 15000 mg L-1. 3- Principais Indicadores da Poluição Hídrica 3-Indicadores Poluição Considerações Finais Próximas EtapasCronograma Referências Bibliográficas 3.8- Demanda Química de Oxigênio – DQO - É a quantidade de oxigênio necessária à oxidação química dos poluentes presentes numa amostra nas condições de ensaio. A DQO é geralmente expressa em mg de O2 L -1 A demanda de oxigênio medida pode ser exercida tanto por substâncias biodegradáveis como por substâncias não biodegradáveis. Devido à sua facilidade de determinação, a DQO passou a ser um parâmetro muito difundido. A razão DQO/DBO5 fornece indicações sobre a biodegradabilidade. Valores na faixa de 1,5 a 2,5 sugerem que os poluentes presentes no efluente são majoritariamente biodegradáveis. 3- Principais Indicadores da Poluição Hídrica 3-Indicadores Poluição Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 3.8- Demanda Química de Oxigênio – DQO - Valores superiores a 5 sugerem que a presença de poluentes nãobiodegradáveis é bastante acentuada, em conseqüência, processos de tratamento físico-químicos, muito provavelmente, devem ser considerados para o tratamento do efluente. Exemplos da razão DQO/DBO5 para alguns efluentes: Esgoto doméstico: 1,5 a 1,9; Efluente da indústria de celulose e papel: 3 a 5; Efluente de cervejarias: 1,5 a 2,0; Efluentes de refinarias de petróleo: 2,5 a 3,5; (após separação de óleo -API) chorume do aterro sanitário de Gramacho: 20 a 30. 3- Principais Indicadores da Poluição Hídrica 3-Indicadores Poluição Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 3.9- Carbono Orgânico Total– COT - Como o elemento químico carbono faz parte das estruturas moleculares das substâncias orgânicas, o teor de carbono é um indicador da presença de matéria orgânica num efluente. O ensaio para a determinação do COT emprega um teste oxidativo conduzido em um instrumento especial (“TOC analyser”). Nesse equipamento, sob condições de oxidação severas o carbono presente (orgânico e inorgânico) é oxidado a CO2, que é detectado em um analisador infravermelho. O COT é expresso, geralmente, em mg de C/L. A razão entre os valores de DQO e COT (embora expressem grandezas distintas) para muitos efluentes, se situa na faixa de 2 a 7. 3- Principais Indicadores da Poluição Hídrica 3-Indicadores Poluição Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 3.9- Metais Pesados Além dos indicadores globais, é importante, em muitos casos, utilizar indicadores específicos, que permitem identificar poluentes que possam ter efeitos danosos ao meio ambiente A maioria é tóxico para as espécies animais e vegetais e também para o homem. Até mesmo os elementos químicos essenciais à manutenção e ao equilíbrio da saúde, quando em excesso, tornam-se nocivos, podendo comprometer gravemente o bem-estar dos organismos. Hg2+ Pb2+ Zn 2+ Cu2+ Cd 2+ Ag 2+ As 3+ Fe 2+ 3- Principais Indicadores da Poluição Hídrica 3-Indicadores Poluição Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 3.9- Metais Pesados Freqüência anormalmente alta de neoplasias em peixes; Efeitos genotóxicos em plantas e animais selvagens; e Aumento significativo de mutações cromossômicas em plantas. Impactos Ambientais 3- Principais Indicadores da Poluição Hídrica 3-Indicadores Poluição Considerações Finais Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 3.9- Metais Pesados 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Enfoque de Tratamento Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 4.1- Enfoques de Tratamentos Dois enfoques, bastante difundidos, podem ser adotados para se abordar o tratamento dos efluentes industriais. O primeiro, denominado “end of pipe”, consiste em considerar que o efluente é o que é e, portanto, deve-se buscar técnicas de tratamento que permitam “enquadrá-lo”, ou seja, fazer com que ele atenda os padrões de descarte em vigor. O segundo, denominado “in-plant design”, considera que o efluente é o resultado de uma série de procedimentos industriais, que podem ser analisados, revistos e otimizados. Assim, antes de se considerar as técnicas de tratamento, procura-se estudar o processo industrial, particularmente,suas fontes de poluentes, o consumo de água, a composição das correntes etc. Uma vez definidas e implantadas as recomendações resultantes desse estudo, um novo efluente será gerado e, certamente, o custo do seu tratamento será em muito reduzido. 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Enfoque de Tratamento Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 4.1- Enfoques de Tratamentos “end of pipe”, 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Enfoque de Tratamento Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 4.1- Enfoques de Tratamentos “in-plant design” 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Enfoque de Tratamento Próximas Etapas Cronograma Referências Bibliográficas 4.2- Processos Físicos 4.2.1- Gradeamento Responsáveis pela remoção de sólidos flutuantes de dimensões relativamente grandes, de sólidos em suspensão, areias, óleos e gorduras. Permite a retenção dos sólidos grosseiros através de um conjunto de barras, em geral inclinadas, instaladas num canal. As barras podem ter espaçamentos de 5 a 15 cm (grossas), 2 a 5 cm (médias) ou 1 cm ou menos (finas). O material retido pode, conforme o caso, ter como destino um aterro sanitário. 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.2- Processos Físicos 4.2.2- Sedimentação Esse processo é um dos mais antigos e permite remover o material particulado sedimentável que se encontra no efluente. Os sedimentadores mais difundidos são de geometria cilíndrica, com grande relação diâmetro/altura. Operam com capacidades de 1 a 5 m3/m2.h (vazão/área) e têm altura de líquido de 2 a 5 m. São munidos de sistema de raspadores do lodo sedimentado e de remoção do material flutuante. A remoção de SS depende da capacidade operacional e pode variar de 40 a 70%. A remoção de DBO associada ao material particulado, em geral, fica na faixa de 25 a 50%. 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.2- Processos Físicos 4.2.3- Peneiramento Peneiras rotatórias revestidas de uma tela fina são empregadas para a remoção de material em suspensão de efluentes previamente ou posteriormente ao tratamento biológico. O material depositado é removido por jatos de água. O entupimento e a necessidade de limpeza frequente são inconvenientes desse sistema. 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.2- Processos Físicos 4.2.4- Filtração É um processo tradicional, no entanto é mais utilizado para o polimento de um efluentetratado. A sua utilização como técnica de pré-tratamento não é usual. Filtros de alta capacidade, como os filtros de areia e os filtros rotativos são os mais empregados. 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.3- Processos Físico-químico 4.3.1 Coagulação/Floculação Os métodos físico-químicos abrangem o acoplamento dos métodos físicos, e os métodos químicos que são responsáveis pela remoção de materiais coloidais, cor, turbidez, odor, alcalinidade, acidez, metais pesados e óleos, entre outros parâmetros (BRAILE, 1993). Este processo visa remover material coloidal e partículas muito finas que sedimentam muito lentamente. Os coagulantes mais comuns são o Al2(SO3)4 FeCl3. Essas substâncias neutralizam as cargas elétricas dos colóides e das partículas pequenas, induzindo a formação de flocos, que apresentam maior velocidade de sedimentação. O processo pode ser conduzido em um ou mais tanques, sendo constituído de uma etapa de agitação rápida para a coagulação e de outra de agitação lenta para a floculação. 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.3- Processos Físico-químico 4.3.1 Coagulação/Floculação a) Mistura rápida: adição de (coagulante) e controladores de pH sob intensa agitação durante um curto espaço de tempo. A coagulação é iniciada tão logo as partículas entrem em contato com os aditivos. b) Mistura Lenta: a agitação moderada da água por um tempo maior promove a aproximação dos flocos através da atuação de forças atrativas de Van der Waals. A floculação auxilia no aumento da velocidade de sedimentação das partículas através do aumento do tamanho do floco. c) Sedimentação: os flocos formados adquirem dimensões e densidade que contribuem para sua sedimentação, separando-se da corrente de líquido que seguirá para o filtro de areia. Fonte: Almada et al., 2008. 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.3- Processos Físico-químico 4.3.2 Flotação A técnica tem encontrado crescente aplicação na remoção de O&G. O seu uso como técnica de pré-tratamento para remoção de sólidos em suspensão é mais limitado. 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.3- Processos Físico-químico 4.3.2 Precipitação Química – Remoção de Metais Os metais, em particular os metais pesados, dependendo de sua concentração, devem ser removidos do efluente antes dos demais tratamentos. É o método convencional para a remoção dos metais que podem ser precipitados e coagulados, de modo a haver formação de flocos, que sedimentam com facilidade. Em geral os metais pesados estão solubilizados em condições ácidas e precipitam em condições alcalinas. Polieletrólitos podem ser usados como auxiliares do processo de coagulação-floculação. A precipitação de metais na forma de sulfetos é também muito efetiva, posto que os sulfetos metálicos apresentam solubilidade muito baixa. No entanto, o processo exige mais cuidados, pois há risco de emissão de H2S. 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.4- Processos Biológicos Aeróbios Consórcios microbianos - Morfologia Os microrganismos típicos dos sistemas de tratamento excretam uma grande quantidade de substâncias de alta massa molar,denominadas exopolímeros. Essas substâncias formam matrizes altamente hidratadas constituídas de polissacarídeos, que contêm outras substâncias como proteínas e produtos celulares. As bactérias se aglomeram formando flocos de 100 a 400 μm ou filmes aderentes a superfícies sólidas. No caso de processos aeróbios, protozoários se nutrem de bactérias e pequenos aglomerados microbianos, tendo presença significativa nesses ecossistemas microbianos. 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.4- Processos Biológicos Aeróbios Etapas do processo de despoluição Os poluentes são primeiramente adsorvidos nas superfícies dos flocos e filmes microbianos. Essa remoção é puramente físico- química. A seguir, dependendo da natureza da molécula poluente,ela poderá sofrer hidrólise catalisada pelas enzimas excretadas pelos microrganismos e que estão na matriz constituinte dos flocos e filmes. Lodo Biológico Somente quando essas moléculas já sofreram as transformações pertinentes é que elas podem, já modificadas, ser absorvidas pelas células microbianas, sendo então metabolizadas. 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.4- Processos Biológicos Aeróbios Resumo das Etapas do Processo de Remoção No interior das células as moléculas absorvidas podem se inserir nas rotas de catabolismo, que geram energia para as atividades celulares ou nas rotas de anabolismo, responsáveis pela biossíntese das moléculas essenciais ao funcionamento da célula. 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.4- Processos Biológicos Condições Ambientais Temperatura Os processos aeróbios operam na faixa de 10 a 40º C Os anaeróbios podem operar em três faixas distintas: • psicrofílica: de 0 a 20ºC • mesofílica: de 20 a 42ºC, com ótimo em 35º C • termofílica: de 50 a 65º C pH • Os processos aeróbios operam na faixa de 6 a 8 • Os anaeróbios apresentam uma faixa adequada para a etapa de fermentação e produção de ácidos (5,5 a 6,0) e outra muito estrita para a produção de metano (6,8 a 7,2). 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.4- Processos Biológicos Aeróbios Remoção da Matéria Orgânica Biodegradável Processos aeróbios para remoção da DBO carbonácea Um consórcio de mo (predominantemente bactérias aeróbias e facultativas), com capacidade de adesão e floculação, atua de forma a promover a degradação dos poluentes orgânicos, gerando CO2, alguns produtos de metabolismo e novas células microbianas. 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.4- Processos Biológicos Aeróbios Remoção da Matéria Orgânica Biodegradável Processos aeróbios para remoção da DBO carbonácea A produção de novas células pode ser intensa, gerando um lodo biológico (bio-sólidos), que deverá ser processado e ter um destino final. Protozoários ciliados livre-natantes Fonte: Bongiovani et al., 2010. Fonte: Bongiovani et al., 2010. 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.4- Processos Biológicos Aeróbios Remoção da Matéria Orgânica Biodegradável Um consórcio microbiano demicrorganismos (bactérias e archaeas) assegura a transformação dos poluentes, pelas vias hidrolítica e fermentativa, em compostos de um a dois átomos de carbono (CO2, metano, acetato, formiato), além de hidrogênio. Protozoário ciliado pedunculado Fonte: Bongiovani et al., 2010. Fonte: Bongiovani et al., 2010. 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.4- Processos Biológicos Aeróbios 4.4.1.1- Lodos Ativados com Aeração Prolongada (LAAP) É constituído de um tanque de aeração, onde uma alta concentração de flocos microbianos, mantidos em suspensão, promove a degradação dos poluentes. Um sedimentador em série com o tanque de aeração permite separar os flocos microbianos, provocando um certo adensa- mento. O sobrenadante clarificado pode ser descartado ou seguir para um tratamento complementar. O lodo sedimentado é recirculado para o tanque de aeração, permitindo que este opere com elevada concentração microbiana. O processo tem como ponto crítico a sedimentabilidade do lodo. Se ela não for adequada não se atinge no tanque de aeração a concentração microbiana necessária. Ademais, pode-se perder sólidos na corrente de sobrenadante, prejudicando a qualidade do efluente tratado. 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.4- Processos Biológicos Aeróbios 4.4.1.1- Lodos Ativados com Aeração Prolongada (LAAP) 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.4- Processos Biológicos Aeróbios 4.4.1.2- Lagoas Aeradas Agitadas Processo que emprega aglomerados microbianos em suspensão. Esse tipo de tratamento pode ser muito efetivo quando bem projetado e quando há espaço disponível para a sua instalação. Parte da lagoa, ou ainda, uma outra em série pode funcionar como sedimentador, retendo o lodo gerado, que pode ser removido periodicamente. 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.4- Processos Biológicos Aeróbios 4.4.1.3- Filtros Biológicos de Percolação Os filtros biológicos de percolação ou “trickling filters”não são filtros, na realidade, mas sim reatores biológicos que mantêm retida a massa microbiana na forma de biofilmes. biológicos percolação. São sistemas muito difundidos, que conheceram um certo renascimento com o advento dos suportes ou recheios de material plástico. Esses suportes oferecem grande área superficial para a adesão dos microrganismos, além disso, os leitos desses materiais apresentam elevada porosidade (>90%) e pouco peso. Com esses materiais a altura e a carga hidráulica alimentada aos reatores puderam ser aumentadas, em relação aos sistemas tradicionais. 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.4- Processos Biológicos Aeróbios 4.4.1.3- Filtros Biológicos de Percolação 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.4- Processos Biológicos Aeróbios 4.4.1.3- Filtros Biológicos de Percolação Filtros de Percolação - Funcionamento Suporte Corrugado Suporte a Granel 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.4- Processos Biológicos Aeróbios 4.4.1.4- “RBC” - “Rotating Biological Contactors” - Bio-Discos Os sistemas denominados “RBC”, “rotating biological contactors”, dos quais os chamados bio-discos. A adesão microbiana é fornecida por um conjunto de discos de plástico (1 a 2 m de diâmetro), espaçados de 1,5 a 3cm e montados num eixo horizontal. Esse conjunto opera de forma giratória (2 a 6 rpm), imerso parcialmente (40 a 45%) numa curva semi-cilíndrica. Os discos planos vem sendo substituídos por cilindros de material plástico corrugado, que geram maior superfície para a adesão. Unidades modulares são comercializadas, sendo fácil ampliar a capacidade de uma unidade de tratamento. O “design”desses equipamentos é bem feito e eles se integram de modo harmonioso ao ambiente industrial. 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.4- Processos Biológicos Aeróbios 4.4.1.5- Reatores de Leito Submerso Nesse caso o material suporte, em geral, constituindo um leito, fica inteiramente submerso. Ar é insuflado na base desses reatores e as bolhas percorrem o interior do leito em movimento ascendente. O líquido pode circular no reator de forma ascendente ou descendente. O líquido, próximo aos biofilmes aderentes ao suporte, é constantemente renovado pela circulação do líquido, que é intensificada pelo movimento das bolhas de ar. 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.4- Processos Biológicos Aeróbios 4.4.1.5- Reatores Batelada Sequencial Na realidade podem ser considerados como uma variante do processo de lodos ativados, que são operados de forma descontínua. Num mesmo tanque ocorre a reação e posteriormente a sedimentação do lodo. Ele opera em ciclos: enchimento, reação, sedimentação, drenagem do sobrenadante e eventual drenagem do excesso de lodo. 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.5- Processos Biológicos Anaeróbios 4.4.2 – Anaeróbicos: 4.4.2.1- Reatores Anaeróbios tipo UASB – Filtros Anaeróbios Nesse reator os microrganismos ficam aderidos a um suporte imerso e também ocupam os espaços intersticiais do leito. O aumento da retenção de biomassa nesse reator permitiu reduzir drasticamente o tempo de retenção hidráulica, que passou de 30 a 60 dias (digestores convencionais) para 1 a 2 dias nos filtros anaeróbios. O tratamento de efluentes industriais nesse equipamento passou a ser considerado como uma alternativa. Com o UASB foi reduzido consideravelmente o tempo de retenção hidráulico do efluente no reator e, verificou-se que efluentes diluídos, ou seja, com valores de DBO inferiores a 500 mg/L podiam ser adequadamente tratados. 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.5- Processos Biológicos Anaeróbios 4.4.2 – Anaeróbicos: 4.4.2.1- Reatores Anaeróbios tipo UASB – Filtros Anaeróbios 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.5- Processos Biológicos Anaeróbios X Aeróbios – vantagens e incovenientes • Os processos aeróbios estão bem estabelecidos e há muito conhecimento acumulado sobre o seu funcionamento. São robustos, na medida que suportam relativamente bem as variações de carga orgânica e pequenas variações de pH e temperatura.• O controle do processo, em particular, o de lodo ativados neces- sita ser aprimorado para fornecer respostas mais rápidas aos operadores. • A má sedimentabilidade do lodo é um sério problema, que exige monitoramento adequado e permanente do processo. • Podem ser atingidas elevadas eficiências de remoção de DBO, de até 95%, em sistemas bem monitorados e operados. • A produção elevada de biomassa é uma séria desvantagem desse processo, podendo atingir 0,5 kg SVS/kg DBO removida. 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.5- Processos Biológicos Anaeróbios X Aeróbios – vantagens e incovenientes • Os custos de investimento e os de operação, em particular de aeração, são elevados. • Os processos anaeróbios geram menor quantidade de biomassa e apresentam custos de investimentos e operacionais menores. • Entretanto são mais susceptíveis às flutuações de carga orgânica, pH e temperatura. • No tratamento de efluentes concentrados a geração de metano é significativa e o biogás pode ser utilizado com relativa facilidade. • Como dispensam aeração e mistura, as tecnologias mais modernas têm custos de investimento e operação inferiores aos dos processos aeróbios. 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.5- Processos Biológicos Anaeróbios X Aeróbios – vantagens e incovenientes • Constatou-se, nos últimos anos, uma grande difusão dos processos anaeróbios, que hoje fazem parte das tecnologias de tratamento de alguns setores industriais como fábricas de refrigerantes e cervejarias, indústrias de processamento de legumes e frutas, usinas de açúcar e álcool, entre outras. • A inserção da tecnologia anaeróbia no setor de tratamento de esgotos é ainda incipiente, a despeito da sua adequação e das suas vantagens. • O quadro a seguir ilustra a evolução das tecnologias aeróbia e anaeróbia, que ampliaram as suas faixas de aplicação, no que se refere à concentração do efluente a ser tratado. • Além disso, os avanços se orientam para conciliar o aumento de eficiência e a redução dos custos desses processos. 4- Processos de Tratamento de Efluentes Industriais 4- Processos Tratamento Cronograma Referências Bibliográficas 4.5- Processos Biológicos Anaeróbios X Aeróbios – vantagens e incovenientes Tecnológicos Ampliação da faixa de atuação do tratamento anaeróbio PROCESSOS BIOLÓGICOS AERÓBIOS FAIXA DE DQO DO EFLUENTE A TRATAR (mg/L) PROCESSOS BIOLÓGICOS ANAERÓBIOS FAIXA DE DQO DO EFLUENTE A TRATAR (mg/L) Aeróbios: tradicionalmente voltados para efluentes pouco concentrados (DQO na faixa de100 a 1000 mg/L), estão sendo usados também para o tratamento de efluentes mais concentrados (até 3.000 ou 4.000 mg/L). Anaeróbios: outrora aplicados a efluentes com elevada DQO (10.000 a 50.000 mg/L), tiveram a sua faixa de aplicação ampliada para efluentes pouco concentrados (DQO<500 mg/L) 5-Referência Bibliográfica Considerações Finais Próximas Etapas 5- Referências Bibliográficas • Ramalho, R.S., Tratamiento de Aguas Residuales, Editorial Reverté,1991. • Voet, D. andVoetJ., Biochemistry, John Wiley& Sons Inc., 1995. • Madigan, M.T., Martinko, J.M. and Parker, J., Brock Biologyof Microorganisms, 8th Edition, Prentice Hall Inc., 1997. • Hodgson, E. andLevi, P.E., A Textbook of ModernT oxicology, 2nd. Edition, Appleton& Lange, 1997. • WEF-Manual of Practice-MOP 11, Vol. 2, Operation of municipal Waste water treatment plants, 1996. • R.L. Droste, Theory and Practice of Water and Waste water Treatment, John Wiley and Sons, Inc., 1997. • Speece, R.E., AnaerobicBiotechnologyfor Industrial Wastewaters, ArchaePress, Nashville, Tennessee, 1996. • Almada, R.B., 2008. 141 f. Processos físico-químicos acoplados para tratamento de efluente industrial para fins de reúso. Dissertação de Mestrado em Engenharia Química, Programa de Engenharia Química da COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2008. • Bongiovani, M.C., 2010. 158 f. Aplicação do processo de lodos ativados com posterior coagulação/ floculação, filtro de areia e osmose inversa no tratamento de efluente industrial salino visando reúso. Dissertação Mestrado em Engenharia Química, Programa de Engenharia Química da COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2010. • Dezotti, M.W C., Notas de Aula da Disciplina COQ-780. Água, poluentes tratamento de efluentes industriais. Programa de Engenharia Química da COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro,