Tratamento de Efluentes Industriais (Resumo)

Prévia do material em texto

Tratamento de Efluentes Industriais
Prof. LuizProf. Luiz Alberto Alberto Cesar TeixeiraCesar Teixeira
Departamento de Ciência do Materiais e MetalurgiaDepartamento de Ciência do Materiais e Metalurgia
Progr. Interdep. de Engenharia AmbientalProgr. Interdep. de Engenharia Ambiental
Revisão 01/03/2006Revisão 01/03/2006
Indústria
Matéria PrimaMatéria Prima
insumosinsumos
ProdutosProdutos Emissões GasosasEmissões Gasosas
Resíduos SólidosResíduos Sólidos
Efluentes LíquidosEfluentes Líquidos
EnergiaEnergia
ÁguaÁgua
Produtos QuímicosProdutos Químicos
MateriaisMateriais
DiversosDiversos
ETAETA
ETEETE TRTR
Uso de Água e Geração de Efluentes na Indústria
R i
o
Usos de Água na Indústria:
Incorporação em Produtos (Águas de Produto)
Bebidas, Alimentos
Tintas
Produtos Químicos em solução aquosa
Medicamentos
Cosméticos
Processos Fis-Qui de Produção (Águas de Processo)
Tratamento de Minérios
Extração e Refino de Petróleo
Hidrometalurgia
Eletrometalurgia
Produção e Alvejamento de Celulose
Alvejamento e Tingimento Têxtil
Produção de Resinas
Lavagem de Produtos
Tratamento de Superfícies
Tratamento de Gases
Usos de Água na Indústria:
Veículo de Lubrificação de Equipamentos
Aquecimento (Águas de Caldeira)
Resfriamento (Águas de Refrigeração)
Lavagem de pátios e Abatimento de poeira
Lavagem de frutas / hortaliças
Irrigação de culturas
Água Potável
Por quê tratar efluentes antes do seu descarte em corpos receptores
Objetivo: Conservação dos ecossistemas.
Obrigação legal em todo o mundo – a eventual atitude voluntária de
empresas nunca seria suficiente para assegurar o objetivo.
No Brasil e em vários países, a legislação ambiental regula o 
descarte de efluentes sobre corpos d’água limitando a carga
poluidora lançada de acordo com o tipo de uso estabelecido
para a água do corpo receptor (classe da água).
Além disso, órgãos internacionais de financiamento de
empreendimentos como o Banco Mundial, adotam normas 
próprias de limitação de poluição causada por indústrias que
tenham sua construção financiada.
Antes de iniciar qualquer projeto de tratamento de efluentes
Tomar conhecimento da legislação aplicável
Federal
Estadual
Municipal
- Além de eventuais condicionantes adicionais.
Avaliar possibilidade de minimização da geração da carga poluidora - (P + L)
Avaliar possibilidade do reuso da água do efluente.
Em busca da Legislação Aplicável:
• MMA
• CONAMA
• ANA
• FEEMA (no RJ)
• SMMA (PRJ)
Resolução CONAMA 357 / 2005 - Classes de Águas e Descarte de Efluentes
Adobe Acrobat 7.0 
Document
Cálculos básicos para projetos de ETEs
Exemplo 1:
Calcular a Carga poluidora máxima de cromo suportável por um rio de Classe 2 
e vazão de referência: QM = 10’000 m3/h.
Exemplo 2:
Um rio de vazão de referência QM = 50 L/s, que é classificado para uso de Classe 2 em
um determinado trecho de 100 km, já apresenta contaminação por CN igual a [CN] = 
0.0009 mg/L. Uma fábrica que está solicitando licença prévia para futura operação na
região com descarte de efluente contendo CN neste mesmo rio, prevê em projeto, o 
descarte de Qe = 500 m3/h de efluente contendo CN com concentração dentro do 
padrão de lançamento de efluentes, ou seja menor ou igual a 0.2 mg/L. Calcular se (e 
em que condições) essa operação poderá vir a ser licenciada de acordo com a 
Resolução CONAMA 357/05.
Cálculos básicos para projetos de ETEs
Exemplo 3:
Uma indústria gera um efluente líquido decorrente de um banho esgotado de 
decapagem de latões, de volume = 10 m3, uma vez ao dia. Esse efluente será
tratado e desaguado em um córrego de Classe 2 que tem vazão de referência Q = 
5 m3/h e apresenta uma concentração natural média de [Cu]=0.001 mg/L e 
[Zn]=0.001 mg/L. Pede-se esquematizar as características necessárias para o 
efluente tratado (concentrações máximas dos metais) e regime de lançamento
necessário, para atender às disposições da legislação.
Os padrões a serem considerados para o corpo receptor são: [Cu]=0.009 mg/L e 
[Zn]=0.18 mg/L.
Conceitos de OD, DQO e DBO
• Necessidade de proteção da vida aquática / assegurar padrões mínimos de OD de 
modo a não se ter mortandade de peixes e outros organismosÎ Adoção dos 
conceitos, mensuração e controle de DQO e DBO.
• DQO = demanda total de O2 devido a substâncias recalcitrantes (não-bio-
degradáveis) + demanda de O2 devido a substâncias bio-oxidáveis (DBO)
Cálculos básicos para projetos de ETEs
Exemplo 4:
Calcular o valor máximo da DBO de um efluente industrial – gerado em vazão
contínua de 100 m3/h (24 h/d), para que o mesmo possa ser lançado em um rio
de classe 2, com vazão de referência igual a 100 L/s. Resposta = 20.4 mg/L
Exemplo 5:
• Uma indústria galvânica fabrica peças de aço cromado de acordo com a 
seguinte seqüencia de operações: [1] desengraxe com solução de NaOH; [2] 
lavagem com água das peças desengraxadas; [3] decapagem ácida (H2SO4) 
para remoção de ferrugem superficial; [4] lavagem com água das peças
decapadas; [5] cobreamento eletrolítico das peças com eletrólito alcalino de 
Cu(CN)2; [6] lavagem com água das peças cobreadas; [7] cromagem eletrolítica
das peças com eletrólito ácido de CrO3; [8] lavagem final com água e [9] 
secagem.
• As águas de lavagem são geradas continuamente, cada uma com vazão de 10 
m3/h. Uma vez a cada 60 dias, os banhos de desengraxe, decapagem, 
cobreamento e cromagem (cada banho tem 10 m3), tem que ser descartados
para que banhos novos sejam preparados. Sabe-se que os efluentes gerados
nessa indústria serão tratados e lançados em um rio de classe 2 com vazão de 
referência QM = 100 m3/h. Pede-se: (1) identificar os contaminantes que
precisarão ser controlados na ETE; (2) Estabelecer o regime de lançamento dos 
efluentes (Qe); (3) Calcular as concentrações máximas dos elementos
controlados no efluente final para que o mesmo possa ser lançado em
conformidade legal. Supor que a montante do lançamento o rio não apresenta
contaminação com os elementos contidos no efluente.
Descartar ou Reutilizar água industrial ?
io
z
TA 1 (trat. Água bruta)
z
TA 2 (cond. p/ água refri)
z
TA 3 (cond. p/ água cald)z
efrigeração do processoz
orre de Resfriamentoz
aldeira
Gerenciamento de Efluentes / Princípios de Projeto de ETEs
Caso genérico: Indústria gerando diversos tipos de efluentes líquidos de 
características físico-químicas diversas e vazões variáveis .
9 Caracterizar os efluentes quanto a aspectos físico-químicos (pH, 
[substâncias controladas], DBO, DQO, SS, temperatura, vazão, ….(valores 
médios e distribuição)
9 Verificar limites legais para descarte e demais dispositivos legais aplicáveis 
(níveis federal / estadual / municipal).
9 Verificar junto ao Orgão de Controle Ambiental: classe do corpo receptor, 
vazão de referência.
9 Verificar necessidade de tanque(s) de equalização
9 Verificar possibilidade de inter diluição / neutralização de efluentes
9 Calcular limites operacionais para descarte
9 Fazer levantamento de métodos analíticos aplicáveis (operacionais e legais)
9 Selecionar tecnologias de tratamento / avaliar eficiência, simplicidade 
operacional, custos, disponibilidade de reagentes, assistência técnica, 
manutenção,
Atenção aos tratamentos extremos: osmose reversa + secagem / incineração / 
disposição final de resíduos
9 Executar ensaios de tratabilidade em laboratório
9 Executar testes planta-piloto >> parâmetros para projeto da ETE
9 Rever custos / eficiência
9 Montar projeto executivo
9 Executar construção / montagem
9 Partida da ETE 
9 Operação regular
Físico-Química de Soluções Aquosas
Revisão dos Conceitos:
Físico-Química da Água / Estrutura molecular / Formação de íons (Arrhenius) / 
solvatação / Auto-Protonação da Água / Produto Iônico / Efeito da T em Kw / 
Acidez e Alcalinidade (Arrhenius, Bronsted + Lowrie, Lewis) / Escalas de Acidez 
/ pH / Eletrólitos / Diagramas de Distribuição (α x pH) / Equilíbrio Iônico em 
Soluções / Íons Complexos / Diagramas α x log [L] / Solubilidade (sais, 
hidróxidos, sulfetos)/ Efeitos de Íon Comum e Complexantes / Diagramas Log 
[M] x pH / Oxi-Redução / Equação de Nernst / Diagramas de Pourbaix (eH x pH) 
/ medição de pH e eH
Fundamentos de Química Aquosa
• Solução, Soluto e Solvente
Solução é uma mistura homogênea (sistema monofásico) constituída de duas 
ou mais substâncias químicas. Em uma solução, o dispergente é chamado de 
solvente e o disperso, de soluto.
• Suspensão
Suspensão é um sistema constituído por uma fase líquida ou gasosa na qual 
está dispersa uma fase sólida com partículas de dimensões superiores às de 
um colóide, e que sedimentam, com maior ou menos rapidez, sob a ação da 
gravidade.
ƒ - Dispersões: partículas suspensas ou suspensões
ƒ As dispersões apresentam partículas dispersas com diâmetro médio superior a 
1 µm, o que permite a visualização das mesmas a olho nu ou utilizando microscópio 
comum.
• Dispersóides: colóides ou soluções coloidais
Os colóides apresentam partículas bem definidas quimicamente, com diâmetro 
médio compreendido entre 10-³ µm e 1 µm, visíveis somente com microscópio 
eletrônico.
Concentração das Soluções
• Concentração Comum (C)
C = massa de soluto (g) (g/L)
volume da solução (L)
• Molaridade (M)
M = número de moles de soluto (Mol/L) ou molar
volume da solução (L)
• Normalidade (N)
N = número de equivalente – grama (eq-g/L) ou normal
volume da solução (L)
n e = massa em gramas
equivalente gramas
Eg = Átomo – grama
Valência
Equilíbrios Ácido - Base
• Dissociação de Ácidos Fracos
Arrhenius
HA (aq)= H+ (aq) + A– (aq)
Brönsted – Lowry
HA(aq) + H2O( l )= H3O+(aq) + A– (aq)
Ka = [H+] x [A-]
[HA]
A força de um ácido, isto é, seu grau de ionização em solução, é indicada pela magnitude de Ka. Quanto 
mais fraco for o ácido, menor será o valor de Ka. No caso de polipróticos, haverá mais de uma constante 
de dissociação. Isto porque a ionização de um ácido poliprótico ocorre em etapas, e cada etapa tem um 
valor para Ka. Por exemplo, para o ácido sulfuroso, tem-se:
H2SO3 (aq) + H2O ( l ) = H3O+ (aq) + HSO3-(aq) (Ka1 = 1,3 x 10 -²)
HSO3- (aq) + H2O ( l ) = H3O+ (aq) + SO²- (aq) (Ka2 = 6,3 x 10-8)
Dissociação de Bases Fracas
• Arrhenius
BOH(aq) = B+(aq) + OH-(aq)
• Brönsted – Lowry enfatiza o fato de a base agir como receptora de um 
próton da água:
BOH(aq) + H2O (l) = BH+(aq) + OH-(aq)
Kb = [BH+] x [OH-]
[BOH]
Sabe-se que moléculas NH4OH não existem, pois elas não só não podem ser isoladas como substância pura, como também pode ser demonstrado que essas moléculas tampouco 
existem em solução. Por isso, a amônia é tratada como uma base de Brönsted - Lowry:
NH3(aq) + H2O(l) = NH+4(aq) + OH-(aq) 
Para essa reação a condição do equilíbrio (Kb) é: [NH+4][OH-]/[NH3]
Produto Iônico da Água (Kw) – pH e pOH
H2O(l) + H2O(l) = H3O+(aq) + OH-(aq)
Kw = [H+] x [OH-] = 10-14
Para medir a força ácido-básica de uma solução, utiliza-se uma escala de 
pH, que varia de 0 a 14. O pH é definido como o logaritmo negativo da 
concentração hidrogeniônica [H+]. Com o conceito de pH pode-se introduzir 
outro, o pOH, que, por analogia, é definido como o logaritmo negativo da 
concentração hidroxiliônica [OH-]. A soma de pH + pOH resulta igual a 14.
• Soluções ácidas: a concentração de íons H3O+ é superior à de íons OH- (pH < 7).
• Soluções básicas: a concentração de íons H3O+ é inferior à de íons OH- (pH > 7).
• Soluções neutras: a concentração de íons H3O+ é igual à de íons OH- (pH = 7).
Hidrólise de Íons
A hidrólise é uma reação entre um ânion ou um cátion e a água, 
com fornecimento de íons OH- ou H+ para a solução.
• Hidrólise de Ânions
A-(aq) + H2O = HA(aq) + OH-(aq)
• Hidrólise de Cátions
M+(aq) + H2O(l) = MOH(aq) + H+(aq)
pH de Soluções de Sais
Quando um sal se dissolve na água, o pH resultante pode ser básico, 
ácido ou neutro, dependendo da natureza do sal:
ƒ Se for um sal de ácido forte e base forte, o pH é próximo de 7 (neutro), e 
nenhum dos íons hidrolisa. Exemplo: NaCl, K2SO4
ƒ Se for um sal de ácido fraco e base forte, a solução é básica (pH > 7), pois 
somente o ânion hidrolisa, aumentando a concentração de íons OH-. 
Exemplo: NaF, K(CH3COO). 
ƒ Se for um sal de ácido forte e base fraca, a solução é ácida (pH < 7), pois 
somente o cátion hidrolisa, aumentando a concentração de íons H3O+. 
Exemplo: NH4Cl, Al2(SO4)3. 
ƒ No caso de um sal de ácido e base fracos, ambos os íons sofrerão 
hidrólise; para determinar o pH da solução, é necessário conhecer os 
valores de Kh para o ânion e para o cátion.
Modelagem de Especiação em Efluentes
Líquidos Aquosos
• Procedimento:
– Listar as espécies presentes no sistema.
– Equacionar as constantes dos equilíbrios presentes.
– Equacionar os balanços de massas das espécies conjugadas e 
complexadas.
– Equacionar o balanço de cargas.
Efeito Tampão
– Uma solução tampão é uma solução que 
sofre pequena variação de pH quando a ela 
são adicionados íons H+ ou OH-. É uma 
solução que contém um ácido e sua base 
conjugada em concentrações 
aproximadamente iguais.
Produto de Solubilidade
• Definição
A solubilidade é a capacidade de uma substância se dissolver em outra. 
Essa capacidade é limitada no que diz respeito à dissolução de sólido em 
líquido. A solubilidade de uma substância depende de vários fatores, como 
temperatura, pressão, concentração de outros materiais na solução e 
composição de solvente.
MA(s) = M+ + A-(aq)
[M+][A-]/[MA] = Kps
ƒ [M+][A-]: produto iônico
ƒ Kps(ou Ks): constante do equilíbrio, chamada de produto de solubilidade.
Kps = [M+][A-]
• Diagramas de Equilíbrio
Os coagulantes usados nas Estações de Tratamento de Água (ETAs) são, 
na maioria das vezes, sais de alumínio e de ferro, é importante estudar as 
espécies hidrolisadas que poderão estar presentes em um determinado 
valor de pH, pois os mecanismos da coagulação dependem delas.
Me(H2O)3+6 = Me(H2O)5OH2+(aq) + H+
Me3+(aq) = Me(OH)2+(aq) + H+(aq)
Me3+(aq) = Me(OH)+2 + 2H+(aq)
Me3+(aq) = Me(OH)03 + 3H+(aq)
Me3+(aq) = Me(OH)-4 + 4H+(aq)
Diagramas de Pourbaix
• Para uma reação eletroquímica qualquer:
∆G = - neF
• como: ∆G = ∆Go + RT ln Q
então: e = eo – (RT/nF) ln Q
• Para uma reação qualquer de meia-célula
do tipo:
a Ox + m H+(aq) + n e- = b Red + c H2O
teremos (equação de Nernst):
e = eo – (RT/nF) ln ({Red}b / ({Ox}a [H+]m))
Particularizando essa equação para
T = 298 K, constantes R e F em unidades SI, 
transformando ln em log, e considerando que
pH = - log [H+], temos:
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
Valores de atividades: {Red} e {Ox}:
– Sólidos puros: a = 1
– Gases: a = Pi (atm)
– Espécies aquosas: a = [espécie] (molar)
Arbitrando-se as atividades das espécies em
valores constantes, tem-se:
e = eo – 0.059 (m/n) log ({Red}b/{Ox}a) – 0.059(m/n) pH
e = a – b pH -Æ equação de reta em diagrama e x pH
Exemplo:
Diagrama do equilíbrio entre Fe2+ e Fe(OH)3 (s)
No formato:
a Ox + m a Ox + m HH++(aq(aq) + n e) + n e-- = b Red + c H= b Red + c H22OO
A A equaçãoequação assume a assume a seguinteseguinte forma:forma:
Fe(OH)Fe(OH)33 (s) + 3 H(s) + 3 H++ (aq) + e(aq) + e-- = Fe= Fe2+2+ (aq) + 3 H(aq) + 3 H22OO
Com:Com:
e = e = eeoo –– 0.059(3/1) log [Fe0.059(3/1) log [Fe2+2+] ] –– 0.059(3/1) pH0.059(3/1) pH
Para [Fe2+] arbitrado como 1 molar tem-se:
Construção dos Diagramas:
Fe(OH)Fe(OH)33 (s) + 3 H(s) + 3 H++ (aq) + e(aq) + e-- = Fe= Fe2+2+ (aq) + 3 H(aq) + 3 H22OO
e = e = eeoo –– 0.059(3/1) log [Fe0.059(3/1) log [Fe2+2+] ] –– 0.059(3/1) pH0.059(3/1) pH
• Construção dos Diagramas:
– Listar as espécies participantes em pares de 
equilíbrio
– Calcular eo para cada par e a respectiva
equação de Nernst
– Arbitrar se necessário valores para as 
atividades das espécies dissolvidas
– Plotar as equações de Nernst
Diagrama Simples
Formação de Hidroxocomplexos
Efeito da Concentração de Espécies Dissolvidas
Medição de eH e pH
• pH eletrodo de vidro combinado com 
eletrodo de ref Ag/AgCL
• Calibração comsoluções tampão pH conhecidos
• Problemas típicos de instabilidade de medidas:
• Entupimento ponte salina
• Contaminação do eletrólito de KCL
• Depósitos de precipitados sobre membrana de vidro
• eH eletrodo de Pt combinado com eletrodo de ref
• Calibração com solução Fe2+/Fe3+ de eH conhecido
• Problemas de medidas semelhantes ao do pH + reação com 
eletrodo Pt
• eH = e medido + 200 mV (eletrodo ref Ag/AgCL) ou
• eH = e medido + 240 mV (eletrodo ref Calomelano sat)
Estudo de Caso: Remoção de Fe
Estudo de Caso: Remoção de Mn
Estudo de Caso: Remoção de Zn
Estudo de Caso: Remoção de Pb
Estudo de Caso: Remoção de Pb
Estudo de Caso: Oxidação de H2S
Estudo de Caso: Remoção de Mo
Estudo de Caso: Remoção de Mo
Tratamento de Efluentes Líquidos:
Remoção de Sólidos em Suspensão
Filtração
Remoção de Contaminantes Orgânicos
Oxidação Biológica
Oxidação Química
9 Matéria Orgânica + Oxidante = CO2
Remoção de Contaminantes Inorgânicos
9 Neutralização Ácido / Base
H+ (efluente) + OH- (base adicionada) = H2O
até pH = 5-9
9 Precipitação de Metais / Hidróxidos / Sulfetos
M2+ (efluente ácido) + OH- (base adicionada) = M(OH)2
M2+ (efluente) + S2- (Na2S) = MS
Pb2+ (efluente) + CO32- = PbCO3
após precipitação de metais >> filtração
9 Oxidação de Cianetos
CN- (efluente) + H2O2 = CNO- + H2O
CNO- + 2H2O = NH4+ + CO32-
9 Oxidação de Nitritos, Sulfitos, Sulfetos
NO2- (efluente) + H2O2 = NO3- + H2O
SO3 2- (efluente) + H2O2 = SO42- + H2O
9 Remoção de Fosfatos
2 PO43- (efluente) + 3 Ca2+ (CaCl2) = Ca3(PO4)2
Equipamentos / Reatores / Estações de Tratamento
Exemplo:
Um efluente metalúrgico tem a seguinte composição:
[Ni] = 5 molar ; [Co] = 0.1 molar ; [Mn] = 1 molar ; pH = 3
Estabeleça a sequência de valores de pH que permita a precipitação dos hidróxidos 
desses metais em quantidades máximas e mais puras possíveis, pela adição controlada 
de solução concentrada de NaOH (base forte).
Pede-se ainda prever qualitativamente a composição de cada batelada de hidróxido 
produzida nesse processo sequencial composto de 3 precipitações e 3 filtrações.
Dados - produtos de solubilidades dos hidróxidos:
Ni(OH)2 --- 6.3x10-18
Co(OH)2 --- 2.5x10-16
Mn(OH)2 --- 1.6x10-13
Reutilização de Água na Indústria
Objetivo: Redução de Custos
Estratégia de Projeto:
¾ Inventário dos consumos e características para cada aplicação
9 Água Potável
9 Água para lavagem de pátios
9 Água para utilização industrial
Preparação de Soluções de Processos
Refrigeração / Aquecimento
Lubrificação / Resfriamento
Lavagem de Peças
¾ Inventário das Águas Servidas / Residuárias
9 Esgoto Sanitário
9 Efluentes da Produção
9 Avaliação da Água Resultante da Estação de Tratamento de 
Efluentes
9 Avaliação do Re-uso da Água Tratada
9 Balanço:
[Pot.] + [Lav.] + [Ind] + [Efl. Descartado] = [Nova] + [Reciclada]
Reuso de Águas e Efluentes na IndústriaReuso de Águas e Efluentes na Indústria
MatériaMatéria PrimaPrima
Indústria
insumosinsumos
ProdutosProdutos EmissõesEmissões GasosasGasosas
ResíduosResíduos SólidosSólidos
EfluentesEfluentes LíquidosLíquidos
EnergiaEnergia
ÁguaÁgua
ProdutosProdutos QuímicosQuímicos
MateriaisMateriais
DiversosDiversos
ETAETA
ETEETE TRTR
Objetivos do Reuso:Objetivos do Reuso:
Condição para Licenciamento
Minimização do Custo de Água (CA)
Redução de Custos de Trat. de Efluentes (TE)
Conservação de Recursos Naturais
Custo da Água na Indústria sem ReusoCusto da Água na Indústria sem Reuso
CA = Água Nova + TA + TE + Descarte
AN+TA+DE = 7 a 10 R$/m3 (SABESP acima de 50 m3/mês)
AN+DE = 0.008 a 0.28 R$/m3 (ANA Paraíba do Sul)
Custo da Água na Indústria com Reuso:Custo da Água na Indústria com Reuso:
CA = Água Nova + TA + TR + TE + Descarte
Condicionantes Econômicos:Condicionantes Econômicos:
TR (custo do trat. reuso) tem que estar associado à redução de 
AN+TA+TE+Descarte
de modo que CA com reuso seja menor do que CA sem reuso.
Custos de Resíduos de TA, TE e TR também tem que ser 
considerados.
Mas TR pode ser maior em casos de condição para licenciamento.
Custo de ÁguaCusto de Água
sem Reuso sem Reuso vsvs com Reusocom Reuso
ANAN
TATA
TETE
DEDE
ObrigaçãoObrigação LegalLegal
ANAN
TATA
TRTR
TETE
DEDE CACA
($)($)NecessidadeNecessidade do do processoprocesso
NecessidadeNecessidade do do processoprocesso
AspectosAspectos a a considerarconsiderar emem PlanosPlanos dede
UsoUso e e ReusoReuso de de ÁguasÁguas
•• ReduçãoRedução / / RacionalizaçãoRacionalização do do usouso de de águaágua nana produçãoprodução
•• ProduçãoProdução + + LimpaLimpa
ReduçãoRedução dada contaminaçãocontaminação dada águaágua nana produçãoprodução
UtilizaçãoUtilização de de TecnologiasTecnologias LimpasLimpas
UtilizaçãoUtilização de de ReagentesReagentes QuímicosQuímicos ““LimposLimpos””
ReduçãoRedução de de ResíduosResíduos InaproveitáveisInaproveitáveis
TodosTodos essesesses fatoresfatores objetivamobjetivam a a ReduçãoRedução de de CustosCustos
e e ConservaçãoConservação de de RecursosRecursos NaturaisNaturais
ProcessosProcessos de de TratamentoTratamento de de ÁguasÁguas e e EfluentesEfluentes
RemoçãoRemoção de de SólidosSólidos e e ColóidesColóides
TratamentosTratamentos BiocidasBiocidas
RemoçãoRemoção de de ContaminantesContaminantes DissolvidosDissolvidos
TratamentosTratamentos BiológicosBiológicos
MembranasMembranas (OR / ultra e (OR / ultra e nanonano--filtraçãofiltração))
FlotaçãoFlotação porpor ArAr DissolvidoDissolvido
ResinasResinas
PrecipitaçãoPrecipitação / / CoagulaçãoCoagulação / / FloculaçãoFloculação
TratamentosTratamentos EletroquímicosEletroquímicos
OxidaçãoOxidação QuímicaQuímica
.........
Osmose Reversa
Nano e Ultrafiltração
Pedro Henrique de Sousa
FCPI 2004
1.1. Considerações GeraisConsiderações Gerais
• São processos utilizados para a remoção de partículas de um 
solvente (filtram).
• Utilizam-se da tecnologia de membranas semi-permeáveis, 
que funcionam como um filtro, deixando a água passar por seus 
poros, impedindo a passagem de sólidos dissolvidos.
• Quanto menor o poro, maior terá que ser a pressão exercida, 
logo maior o custo.
• Cada processo estará associado a um tamanho de poro, que, 
por sua vez, filtrará partículas de um determinado tamanho 
(espectro de filtração).
4.4. Osmose ReversaOsmose Reversa
• Utiliza uma membrana para separar preferencialmente 
fluidos ou íons diferentes.
• Inversão do fluxo osmótico natural mediante a aplicação de 
uma pressão da grandeza de 200-800psi.
• Necessita de considerável quantidade de energia.
• Também chamada de hiperfiltração, é o processo mais 
eficiente de filtração conhecido.
• Separa toda partícula de peso molecular maior que 150 
daltons (bactérias, sais, açucares, vírus, proteínas... ).
• Pode ser usada para purificar fluidos como etanol e glicol
(46 daltons).
• Produz água potável com as mais rígidas especificações.
• Dessalinização da água do mar ou salobras de alta salinidade.
• É usada na purificação de 
água para diálise.
• Fabricação de medicamentos.
¾¾ Como funciona?Como funciona?
• Duas soluções, de concentrações diferentes, separadas por uma 
membrana semi-permeável:
I. Ocorre a 
Osmose.
II. Atinge-se o equilíbrio osmótico.
III. Aplica-se uma pressão afim 
de vencer a pressão osmótica.
3.3. NanofiltraçãoNanofiltração
• Utiliza uma membrana para separar preferencialmente fluidos 
ou íons diferentes.
• É capaz de concentrar constituintes que tenham um peso 
molecular maior do que 1,000 daltons (açucares, virus, sais
bivalentes, bacteria, proteinas, corantes...).
• Necessita de uma pressão em torno de 50-225 psi, requerendo 
menos energia do que a osmose reversa para realizar a 
separação.
• Comumente usada quando a alta rejeição para sais da osmose 
reversa não é necessária.
• É permeável entre 15-90% para sais e efluentes orgânicos de 
peso molecular entre 300-1000daltons.
• Mais econômica para a remoção de ácidos pertencentes à
família de ácidos húmicos e fúlvicos da água potável. 
(responsaveis pela cor).
• Abrandamento da durezatotal da água (remoção de CaCO3).
• Recuperação de açúcares de efluentes. 
4.4. UltrafiltraçãoUltrafiltração
• Utiliza uma membrana para separação sólido/líquido e 
eliminação de partículas
• Filtra constituintes que tenham um peso molecular maior do 
que 10,000 daltons (bactéria, algumas proteínas, alguns 
corantes...).
• Necessita de uma pressão em torno de 10-100 psi, requerendo 
menos energia do que a nanofiltração para realizar a separação.
• Comumente usada para separar uma solução que se queira 
reaproveitar um dos componentes da mistura.
• É muito usado como pré-tratamento para a osmose reversa.
• Não é muito eficiente para separar efluentes orgânicos.
• Recuperação de óleos.
• Recuperação de proteínas em derivados lácteos.
• Recuperação de tintas de pintura por eletroforese.
5.5. Considerações FinaisConsiderações Finais
• A filtração utilizada nas membranas é 
tangencial. Existe uma velocidade que 
empurra a solução contra a membrana e 
outra de circulação que tenta evitar 
depósitos que podem entupir a 
membrana.
• Para limpar a membrana é utilizado 
um fluxo contrario do permeado.
• A separação por membrana é uma tecnologia que tem 
aplicações industriais infindáveis possibilitando a remoção total 
de contaminantes das águas servidas, permitindo sua reciclagem, 
reduzindo o consumo e evitando portanto a poluição ao meio 
ambiente. 
•• AplicaAplicaçção em alguns segmentos industriais:ão em alguns segmentos industriais:
™™ MetalúrgicaMetalúrgica
9 Pintura de eletrodeposição.
9 Recuperação de sais metálicos de 
enxaguadura de peças.
9 Tratamento de efluentes com óleos 
de corte.
9 Concentração de sais para reuso ou 
descarte reuso de água purificada.
™™ LaticíniosLaticínios
9 Ultrafiltração de leite integral e 
desnatado para aumentar 
rendimento na produção de queijo.
9 Concentração, recuperação e 
dessalinização da lactose.
9 Fracionamento de soro para 
concentrado protéicos.
9 Água purificada para 
higienização.
™™ QuímicaQuímica
9 Água para caldeiras.
9 Pré-tratamento para troca iônica. 
9 Fracionamento de produtos.
9 Dessanilização de corantes, 
tintas e produtos de química fina.
9 Retirada de água de soluções a 
temperatura ambiente e baixo 
consumo energético.
™™ Alimentícia e de bebidaAlimentícia e de bebida
9 Água de baixo teor de sódio 
para produção de refrigerantes. 
9 Água para produção de cerveja.
9 Recuperação de açucares e 
outros produtos e fluentes.
9 Concentração de sucos: laranja, 
tomate, maça, abacaxi, etc.
9 Purificação e concentração de 
gelatina.
9 Fracionamento e concentração 
de albumina de ovos, proteínas 
animais, peixes e vegetais.
9 Remoção de voláteis para 
aprimorar o gosto do café.
9 Concentração de agentes 
espessantes (Agar, pectina, etc).
™™ Farmacêutica e CosméticosFarmacêutica e Cosméticos
9 Fracionamento e concentração 
de sangue, plasma, albumina e 
globulina.
9 Água ultrapura para injetáveis, 
dialise e de uso farmacêutico geral.
9 Separação e concentração de 
microsolutos tais como: 
antibióticos, vacinas, vitaminas e 
ácidos orgânicos.
™™ Papel e CelulosePapel e Celulose
9 Purificação de água de 
alimentação.
9 Recuperação do óxido de titânio.
9 Fracionamento, concentração e 
recuperação de lignosulfonatos do 
liquor usado.
™™ TêxtilTêxtil
9 Água para processo.
9 Recuperação de álcali. 
9 Água para banhos de corantes.
• Combinando Micro, Ultra, Nanofiltração
praticamente qualquer água pode ser 
no meio ambiente
e Osmose 
tratada para um descarte seguro 
Reversa, ¾ Combinação de Ultrafiltragem e 
Osmose Reversa para o aproveitamento 
total do efluente. 
Amostra da água de alimentação do UF, o 
Concentrado do UF e o permeado do RO.
Tratamento de Efluentes Líquidos:
Remoção de Sólidos em Suspensão
Coagulação / Floculação / Decantação
Filtração
Remoção de Contaminantes Orgânicos
Oxidação Biológica (*)
Oxidação Química (*)
Adsorção em Carvão Ativado
(*) Matéria Orgânica + Oxidante = CO2
TE: Tratamento Biológico
ETEs: Tratamento Biológico
ETEs: Tratamento Biológico
iltro Biológico Rotor
Remoção de Sólidos em Suspensão -
Espessadores
Remoção de Sólidos em Suspensão -
Espessadores
Remoção de Sólidos em Suspensão
– Filtro Prensa
Remoção de Sólidos em Suspensão
– Filtro Prensa
emoemoççãoão de de SSóólidoslidos emem SuspensãoSuspensão
FiltroFiltro RotativoRotativo a a VVáácuocuo
emoemoççãoão de de SSóólidoslidos emem SuspensãoSuspensão
FiltroFiltro de de AreiaAreia ouou CarvãoCarvão
Remoção de Contaminantes Inorgânicos
Neutralização Ácido / Base
H+ (efluente) + OH- (base adicionada) = H2O
até pH = 5-9
9
Precipitação de Metais / Hidróxidos / Sulfetos
M2+ (efluente ácido) + 2 OH- (base adicionada) = M(OH)2 (s)
M2+ (efluente) + S2- (Na2S) = MS (s)
Pb2+ (efluente) + CO32- = PbCO3 (s)
após precipitação de metais >> filtração
POA POA FentonFenton
Fe Fe 2+ 2+ + H+ H22OO2 2 ÆÆ Fe Fe 3+ 3+ + OH+ OH-- + + HO HO ..
Fe Fe 3+ 3+ + 3 OH+ 3 OH-- ÆÆ Fe(OH)Fe(OH)33 (s) (s) 
Alvos: FenAlvos: Fenóóis, Corantes, Derivados de Petris, Corantes, Derivados de Petróóleo, DQO, recalcitranleo, DQO, recalcitran
HH22OO2 2 + 2 + 2 OO33 ÆÆ 3 O3 O22 + 2+ 2 HO HO ..
POA Ozônio + PeróxidoPOA Ozônio + Peróxido
Alvos: Amônia, Corantes, Recalcitrantes em geralAlvos: Amônia, Corantes, Recalcitrantes em geral
POA / HPOA / H22OO2 2 FotoFoto--Ativado com UVAtivado com UV
HH22OO22 ++ υυ (UV (UV λ = λ = 254 nm254 nm) ) ÆÆ 22 HOHO..
Alvos: FenAlvos: Fenóóis, Corantes, DQO, recalcitrantes em geralis, Corantes, DQO, recalcitrantes em geral
O poder da Oxidação Avançada
-- Abatimento de DQO e Cor de Efluente de Trat. Biológico
	Tratamento de Efluentes Industriais
	Descartar ou Reutilizar água industrial ?
	Gerenciamento de Efluentes / Princípios de Projeto de ETEs
	Físico-Química de Soluções Aquosas
	Fundamentos de Química Aquosa
	Concentração das Soluções
	Equilíbrios Ácido - Base
	Dissociação de Bases Fracas
	Produto Iônico da Água (Kw) – pH e pOH
	Hidrólise de Íons
	pH de Soluções de Sais
	Modelagem de Especiação em Efluentes Líquidos Aquosos
	Efeito Tampão
	Produto de Solubilidade
	Diagramas de Pourbaix
	Medição de eH e pH
	Reutilização de Água na Indústria
	Osmose ReversaNano e Ultrafiltração
	ETEs: Tratamento Biológico
	ETEs: Tratamento Biológico
	Remoção de Sólidos em Suspensão - Espessadores
	Remoção de Sólidos em Suspensão - Espessadores
	Remoção de Sólidos em Suspensão – Filtro Prensa
	Remoção de Sólidos em Suspensão – Filtro Prensa