Aula_9_-_POAs - processos para tratamento de águas contaminadas II

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1 
Universidade Federal de Lavras - UFLA 
 Departamento de Química - DQI 
Química Ambiental 
Aula 9 
Processos Para Tratamento de Águas 
Contaminadas 
Seminários 
Tema Grupo Data 
1. Energia nuclear Danilo, Gustavo, Janaína e Bárbara 10/06 
2. Metais tóxicos Rafael, Joyce, Isadora e Jaqueline Andrade 10/06 
3. Crédito de carbono Gabriel, Ligiane, Lorena e Isabela Teodoro 10/06 
4. Compostagem Flávia Vilela, Isabela Barbosa, Lucas Ribeiro e 
Pedro Andrade 
10/06 
5. Contaminação de águas 
por fármacos 
Gabriela, Amanda e Yasmin 17/06 
6. Carvão ativado e suas 
aplicações 
Clara, Bruna e Octávio 17/06 
7. Tratamento Biológico de 
Água 
Camila Ribeiro, Stephani e André Augusto 17/06 
8. Ferro metálico para 
remediação ambiental 
Nelson, Matheus Eduardo, Marcela Duarte e 
Bruno Fernandes 
17/06 
Os seminários devem ser de 15 a 20 minutos. 
Informações sobre os seminários 
 Os seminários devem ser de 15 a 20 minutos. 
 
 Os mesmos devem conter: 
 
 Introdução 
 
 Desenvolvimento do tema 
 
 Aplicações (se for o caso) 
 
 Considerações finais 
 
 Referências (pode ser colocado no final ou nos slides onde fora 
citados) 
 
 Pode haver outros item conforme a necessidade de cada tema. 
 
 
 4 
Adsorção 
 5 
Adsorção 
É a adesão de moléculas ou íons de um fluido (o adsorvido) 
a uma superfície sólida. 
adsorvente 
adsorvato 
Tipos de adsorção 
Química 
Física 
 Depende: 
• Área superficial 
• Temperatura 
• Pressão (gases) 
• Concentração do adsorvato 
• Tipo de adsorvente 
 6 
Adsorção 
Adsorção Química 
• Ligação química (covalente) 
• Há transferência de elétrons 
• Instantânea (rápida) 
• Fenômeno específico e seletivo 
• Superfície do adsorvente é 
modificada 
• Calor de adsorção 10 a 200 kcal/mol 
• Formação de monocamada 
Adsorção Física 
• Forças de van der Waals 
• Não há transferência de elétrons 
• Lenta ou rápida 
• Fenômeno não específico 
• Superfície do adsorvente é muito 
pouco modificada 
• Calor de adsorção 2 a 6 kcal/mol 
• Formação de multicamada 
 7 
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ADSORVENTE 
Água contaminada (metais, compostos orgânicos) 
Saturação 
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Eliminação de Contaminantes por Adsorção 
Adsorvente possui tempo de vida útil 
 8 
Tipos de Adsorventes 
Adsorvente Área superficial (m2/g) 
Carvão ativado 600 a 3000 
Sílica 500 
Alumina 500 
Argilas 20 a 250 
Zeólitas 200 a 750 
 9 
Carvão Ativado 
+ CO2 carvão 800 0C 
+ 2CO 
Ativação 
< 30 m2/g 
600 a 3000 m2/g 
Formação de poros: aumento de área superficial 
Carvão ativado 
poros 
 10 
Carvão Ativado 
Superfície ??? 
Grafite 
(apolar) 
Adsorção de compostos orgânicos apolares 
Carvão Ativado 
 11 
Benzeno tolueno xileno = o 
o 
o 
o 
o 
o 
o 
o 
o 
o 
o o 
o 
o o 
o o 
o o 
o 
o o o 
o o 
o 
x 
o 
o 
o 
o 
o 
o 
o 
o 
o 
o 
o 
o o 
o o 
o 
o 
x x 
o 
o 
o 
o o 
Adsorção de compostos orgânicos 
O contaminantes não é destruído, apenas muda de fase 
Disposição adequada para o carvão utilizado 
Aterro industrial ou incineração $$$ 
 12 
Superfície ????? 
Superfície polar 
Adsorventes SiO2 e Al2O3 
Si 
O O 
Si 
d 
d - 
+ 
Adsorção de compostos orgânicos polares 
 13 
M+n 
Superfície com cargas negativas 
Cargas negativas 
Adsorção de metais em água 
 14 
Grupos silanóis 
Adsorção de metais em água 
Si 
O 
OH 
Si 
O 
OH 
Si 
O O 
Si 
O 
H2O 
M+n 
Si 
O 
O- 
Si 
O 
OH 
Si 
O 
O- 
Si 
O 
O- 
M+n 
 15 
Adsorção por Resinas de Troca Iônica 
CH CH2 CH CH2
CH CH2 CH CH2
SO3
-H+ 
+H-O3S
 
Resina catiônica de poliestireno 
R-SO3
-H+ + M+ R-SO3
-M+ + H+ 
Sítio ativo 
 16 
Adsorção por Resinas de Troca Iônica 
Efluente contaminado com metal pesado (Hg2+, Ag+, Pb2+...) 
Resina de 
troca iônica 
Efluente tratado 
H+ 
 17 
Vantagens 
• Alta eficiência 
• Simples operação 
• Não gera produtos gasoso tóxicos 
• Não gera subprodutos tóxicos 
 
Desvantagens 
Adsorção 
• Eficiente para baixas concentrações 
• Não destrói o contaminante 
• Necessidade de disposição adequada 
• Regeneração do material adsorvente 
• Alto das resinas de troca iônica 
 18 
Resíduos Sólidos 
 19 
Resíduos Sólidos 
Doméstico Industrial 
• Aterro: 
Sanitário; 
Controlado ou 
Lixão, 
• Compostagem 
Orgânico Outros 
• Aterro: 
Sanitário; 
Controlado ou 
Lixão, 
• Reciclado 
Orgânico Outros 
• Aterro industrial 
• Incineração 
• Co-processamento 
• Aterro Ind. 
• Reciclado 
 20 
Aterros Sanitário, Controlado e 
Industrial e Lixão 
 21 
Aterro Sanitário, Controlado e Lixão 
 Qual a diferença? 
 Locais para onde são destinados os resíduos domésticos 
e urbanos. 
 22 
 Lixão 
É uma área de disposição 
final de resíduos sólidos 
sem nenhuma preparaçãoanterior do solo. 
 23 
Chorume (altamente tóxico) 
 - Produto da decomposição de matéria orgânica; 
- Líquido escuro; 
- Alto teor de carbono ( COT: 30-29.000 mg/L) 
- Metais pesados 
Lençol freático 
 Lixão 
 24 
• Exposto ao ambiente; 
• Proliferação de animais (doenças); 
• Chorume: contaminação de corpos d’água e lençol freático; 
• Contaminação do ar: gases 
• Atrai população de baixa renda: catadores de lixo - doenças 
 Lixão 
Brasil gera: 240 mil ton. 
resíduos/dia 
Cerca de 53 % municípios 
dispõem em lixões 
 25 
Aterro Controlado 
Célula adjacente ao lixão remediado 
• Chorume é coletado 
• Lixo é coberto diariamente 
• Gás é queimado 
• Solo é impermeabilizado 
 26 
Aterro Sanitário 
 27 
 Solo é preparado 
entes de receber os 
resíduos 
• Gás é queimado 
ou armazenado 
• Chorume é 
coletado e tratado 
• O resíduo é coberto diariamente com uma camada de terra 
• Não há concentração de animais e insetos 
• Não há mau cheiro 
Aterro Sanitário 
 28 
 29 
Drenos para 
coletar o percolato 
Dreno 
Brita 
PEAD Argila 
 30 
Impermeabilizada 
Lixo 
Impermeabilizada 
Exaustor de gases 
 31 
Coletor de 
percolato 
 32 
Aterro Industrial 
 33 
 Classe 1 
Perigosos 
• Inflamabilidade 
• Toxicidade 
• Corrosividade 
• Reatividade 
• Patogenicidade 
 
Classe 2B Classe 2A 
Classificação dos Aterros Industriais 
Não inertes 
• Aqueles que não se 
enquadram como 
resíduos classe 1 ou 
2B. 
 
 
 
Inertes 
• Em contato com 
água destilada ou 
deionizada seus 
componentes 
solubilizados não 
atinjam limites de 
concentrações 
superiores aos 
padrões de 
potabilidade 
 
 
 
Aterro Industrial 
 Recebe os resíduos industriais 
 34 
Aterro Industrial 
 Requisitos 
• Distancia mínima de corpos d’água, rodovias, çentros urbanos e 
ferrovias; 
• Área de construção deve permitir vida útil de no mínimo 20 anos; 
• Lençol freático deve estar no minimo a 2 m da cada mais baixa do 
aterro 
 35 
Aterro Industrial 
 36 
 37 
Aterro Industrial 
 Construção 
Preparação do terreno Impermeabilização Sistema de drenagem 
 38 
Vantagens 
• Solução alternativa para disposição de 
resíduos 
• Custo de construção relativamente baixo 
• Teoricamente não contamina o solo e corpos 
d’água 
Desvantagens 
Aterros 
• Solução paliativa (resíduos industriais e não 
biodegradáveis) 
• O gerador é o responsável pelo resíduo 
• Degradação ambiental (necessidade de 
grande área para construção) 
• Resíduo classe 1: alto custo de destinação 
• Risco de contaminação de corpos d’água 
 
 39 
Compostagem 
Resíduos 
 orgânicos 
Decomposição por 
microrganismos 
Formação de 
composto 
(adubo) 
Aplicação no 
solo 
 40 
Compostagem: definição 
É o conjunto de técnicas aplicadas para controlar a decomposição de materiais 
orgânicos, com a finalidade de obter um material estável, rico em húmus e 
nutrientes minerais; com atributos físicos, químicos e biológicos superiores (sob 
o aspecto agronômico) àqueles encontrados na(s) matéria(s) prima(s). 
Decomposição 
aeróbia (controlada) 
Composto (rico em 
húmus e nutrientes) 
90 dias 
Lodo 
Resíduo orgânico 
Doméstico 
• Microrganismos 
• Temperatura (700C) 
• Umidade 
• Aeração 
• Dimensão e forma das pilhas Depende 
 41 
Composto (adubo) 
 Composição 
Húmus Nutrientes 
Matéria orgânica proveniente da 
decomposição de resíduos orgânicos 
Nitrogênio, fósforo, ferro, potássio, 
cálcio e magnésio 
Necessários para 
Torna o solo poroso (aeração) 
Retenção de água e nutrientes 
Importante para o crescimento 
 de plantas. 
Aplicações 
• Fertilizante 
• Corrigir a acidez de solos 
• Reflorestamento 
 42 
Incineração 
 43 
Incineração 
Processo de destruição térmica realizado 
sob alta temperatura - 900 a 1200 ºC 
com tempo de residência controlada. 
Resíduo + ar + combustível  CO2/H2O 
É utilizado para o tratamento de resíduos de alta periculosidade, ou que 
necessitam de destruição completa e segura. 
 44 
Forno Incinerador 
Representação esquemática de um incinerador 
Entrada de 
resíduos 
Secagem 
150 a 200 0C 
Gaseificação 
300 0C 
Oxi-redução 
500 a 600 0C 
 
Cinzas 
Saída de 
gases 
(tratamento) 
1200 0C 
Ciclone 
(queima 
dos gases) 
 45 
Forno Incinerador 
Representação esquemática de um incinerador 
 46 
Incineração 
 Resíduos passíveis de incineração 
• Resíduos sólidos, pastosos, líquidos e gasosos 
 
• Resíduos orgânicos clorados e não-clorados (borra de tinta, borras 
oleosas, farmacêuticos, resíduos de laboratório, resinas...) 
 
• Resíduos inorgânicos contaminados com óleo, água contaminada 
com solventes 
 
• Resíduos ambulatoriais 
 
• Solo contaminado (solventes, óleos, graxas...) 
 47 
Vantagens 
• Promove a completa destruição 
do resíduo 
 
Desvantagens 
Incineração 
• Alta temperatura 
• Necessita de combustível 
• Alto custo de operação 
• Pode produzir gases tóxicos: 
NOx, SOx 
• Licença ambiental de operação 
(difícil de conseguir) 
• Pode produzir dioxinas 
(cancerígena) 
 
 
2,3,7,8-tetraclorodibenzo-p-dioxina 
 48 
Co-processamento 
 49 
Co-processamento 
Resíduo (combustível) + ar  CO2/H2O + cinzas + energia térmica 
Processo de destruição térmica realizado 
sob alta temperatura - 1800 ºC com 
tempo de residência controlada. 
Ocorre dentro de fornos durante a 
fabricação do cimento. 
Totalmente destruído 
Se combinam com as matérias 
primas da produção cimento 
Utilizada para a produção 
do cimento 
 50 
Co-processamento 
 Esquema representativo do forno rotativo 
 
Resíduos 
 
Ar de 
combustão 
Rolamentos 
Forno 
Resíduo 
líquido e/ou 
combustível 
Ar 
Descarga de 
cinzas 
Saída de gás 
Resíduo 
líquido e/ou 
combustível 
Reaproveitamento 
energético ou tratamento 
 51 
Co-processamento 
 Resíduos que podem ser co-processados 
• Substâncias oleosas 
• Corantes, tintas, vernizes 
• Produtos fotográficos 
• Lodo de esgoto 
• Pneus, emborrachados 
• Areia ou terra contaminada com óleo 
• Embalagem de produtos químicos 
• Resinas, colas, solventes 
 
 Resíduos que não podem ser co-processados 
• Radioativos 
• Hospitalares 
• Organoclorados 
• Agrotóxicos 
• Indústria farmacêutica (medicamentos vencidos) 
• Sólidos humanos 
 52 
Vantagens 
• Reaproveitamento energético 
• Não gera cinzas 
• Resíduos totalmente destruídos 
• Atende à legislação ambiental 
Desvantagens 
• Pode produzir gases tóxicos: NOx, SOx... 
• Alto custopara o gerador do resíduo 
 
Co-processamento 
 53 
Transformações de Resíduos em 
Produtos de Valor Agregado 
 54 
Transformações do Poliestireno 
Expandido (EPS) 
 55 
 A demanda mundial de EPS: ~ 3 milhões de toneladas 
por ano. 
 A quantidade de resíduo gerado, no Brasil, é de ~15 mil 
toneladas/ano. 
Problema ambiental 
EPS - Resíduo 
 56 
 Toneladas de EPS são jogados nos lixões, rios, estradas e 
etc; 
 Ocupa grande volume 
 Cria ambiente para a proliferação de insetos e animais 
(saúde pública) 
EPS - Resíduo 
 57 
Porém, somente 15% das embalagens 
feitas de EPS são recicladas. 
Rejeitos de EPS estão muito dispersos 
Coleta 
Transporte 
Limitações 
EPS - Resíduo 
 O EPS é 100% reciclável 
 58 
O que pode ser feito? 
 Geração de energia Energia 1 kg EPS = 
Energia 1 kg Óleo 
Combustível 
 Outras aplicações  (aeração do solo , cimento leve) 
 Matéria Prima 
Rejeitos de EPS 
Objetos 
(canetas, caixas de CD, 
régua...) 
 O valor obtido para este tipo de reciclagem, não paga a coleta e os processos 
de transformação do EPS 
 
 Reciclagem só será viável se o EPS for transformado em produtos de maior 
valor agregado 
 59 
Tecnologias Desenvolvidas 
 60 
Transformação do EPS em impermeabilizante 
 
 
 
Impermeabilizante 
 61 
Rejeito de EPS 
Mistura solventes: 
Viscosidade, densidade e 
tempo de secagem 
controlado 
Impermeabilizante líquido 
pronto para usar 
Utilização de rejeitos de EPS na produção de 
impermeabilizantes 
Impermeabilizante 
 62 
 Impermeabilização de materiais como: 
Concreto Telhas 
Tecidos Papel 
Madeira 
Aplicações 
Impermeabilizante 
 63 
 Proteção contra ataque causado por chuva ácida em 
monumentos 
Impermeabilizante 
Aplicações 
 64 
Papel 
 
 
 
Tecido 
Concreto 
Madeira 
Região sem impermeabilizante 
Região com impermeabilizante 
Caracterização: Microscopia Eletrônica de Varredura 
Impermeabilizante 
 65 
 
 
 
 Impermeabilização de bloquetes de concreto no solo 
Prova de conceito: aplicação do produto 
Impermeabilizante 
 66 
 Impermeabilização de parede de tijolo 
 
 
Com impermeabilizante 
Sem 
impermeabilizante 
 
 
Gotas de água A água foi 
absorvida 
Prova de conceito: aplicação do produto 
Impermeabilizante 
 67 
A “montanha” de isopor Planta Piloto 
 Aprox. 2,5 ton de isopor  Capacidade: 400 L/batelada 
O desafio  produzir 7000 L de impermeabilizante 
 68 
Impermeabilização de telhados 
Aplicação na Construção Civil 
Transformação do EPS em superabsorvente 
Superabsorvente 
 70 
Polímeros hidrofílicos insolúveis em água e capazes de absorver 
grandes quantidades de água, variando de 100-3000 vezes seu 
próprio peso. 
Absorção de água 
Superabsorvente hidratado Superabsorvente seco 
O que são superabsorventes (SA)? 
Superabsorvente 
 71 
Agricultura 
de efluentes 
Tratamento 
para alimentos 
Embalagem 
Produtos 
de higiene 
Cosméticos 
Revestimentos 
Fios 
Eletrônicos 
98% 
Aplicações 
Superabsorvente 
ao fogo 
Combate 
 72 
Fonte: The Boston Consulting Group 
O crescente uso dos SA 
• Aumento do consumo 
de fraldas 
•Todo SA é importado 
• Falta SA no mercado 
Superabsorvente 
1984 1988 1992 1996 2000 2004 2008 2012
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
C
on
su
m
o 
de
 fr
al
da
s 
/ m
ilt
on
el
ad
as
Ano
 Demanda real
Demanda Calculada
 73 
0
100
200
300
400
500
600
Superabs.A 4A 3A 2
A
b
s
o
rç
ã
o
 /
 g
á
g
u
a
g
-1
a
b
s
o
rv
e
n
te
Amostra de absorvente
A 1
 Teste de absorção de água 
Superabsorvente x Absorventes Comerciais 
• Amostras comerciais absorvem 
200 a 340 gágua.g
-1
Amostra 
• Superabsorvente absorve 
550 gágua g
-1
SA 
Superabsorvente