Prévia do material em texto
TRATAMENTO DE EFLUENTES OPERAÇÕES E PROCESSOS APLICADOS PARA REMOÇÃO DE POLUENTES Nível: primário EQUALIZAÇÃO / FLOTAÇÃO Universidade Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR, câmpus Medianeira Profa. Dra. Juliana Bortoli R. Mees Engenharia Ambiental SÍNTESE DOS NÍVEIS DE TRATAMENTO NÍVEL REMOÇÃO PRELIMINAR (Pré-tratamento) PRIMÁRIO SECUNDÁRIO TERCIÁRIO Sólidos em suspensão grosseiros (materiais de maiores dimensões), areia e gorduras (glóbulos livres superiores a 0,015 cm de diâmetro). Sólidos em suspensão sedimentáveis; DBO em suspensão (matéria orgânica componente dos sólidos em suspensão sedimentáveis). DBO em suspensão (matéria orgânica em suspensão fina, não removida no tratamento primário); DBO solúvel (matéria orgânica na forma de sólidos dissolvidos). Ocasionalmente nutrientes e patógenos. Nutrientes; Patogênicos; Sólidos Inorgânicos dissolvidos; Sólidos em Suspensão remanescentes, Compostos não biodegradáveis; Metais pesados. Fonte: Adaptado de VON SPERLING (1996); METCALF & EDDY (2003). NÍVEIS DE TRATAMENTO Tratamento Primário Ocorrem operações físicas, processos químicos e/ou físico-químicos, sendo que as operações físicas visam a remoção sólidos suspensos e parte da matéria orgânica (DBO em suspensão) e os processos químicos podem remover material coloidal, cor e turbidez, odor, ácidos, álcalis, metais pesados, óleos. EQUALIZAÇÃO A equalização tem como objetivo minimizar ou controlar as variações na vazão e concentração de efluente para que se atinjam as condições ótimas para os processos de tratamento subsequentes. Objetivos básicos: � minimizar as variações de vazão de despejos específicos, de tal modo que haja uma vazão constante ou quase constante para o tratamento posterior; � neutralizar os despejos; � minimizar as variações de compostos orgânicos (DBO) e da concentração de sólidos em suspensão. EQUALIZAÇÃO Finalidade Na linha do processo (in-line): todo o fluxo passa pelo tanque (bacia) de equalização. EQUALIZAÇÃO Tipos de Arranjos de Equalização A localização ótima da unidade de equalização varia com o tipo de tratamento e as características do efluente. EQUALIZAÇÃO Tipos de Arranjos de Equalização Fora da linha do processo (off-line): apenas uma fração do fluxo, uma vazão pré-determinada, é direcionada para o tanque de equalização. Fonte: Adaptado de Metcalf & Eddy (2003) p. 334. � No tratamento químico, há um amortecimento das cargas aumentando o controle de alimentação dos reagentes e a confiança do processo; � O tratamento biológico é facilitado porque são evitados ou minimizados, os choques de carga, substâncias inibidoras podem ser diluídas e o pH pode ser estabilizado; � A qualidade do efluente e a eficiência dos decantadores secundários são melhoradas pela carga constante de sólidos; entre outros. EQUALIZAÇÃO Principais benefícios da Equalização Nível Constante: não regularizam a vazão, apenas uniformizam ou homogeneízam as variáveis de composição (pH, sólidos, matéria orgânica, etc.). EQUALIZAÇÃO Tipos de Tanques de Equalização Onde QAe QE são as vazões afluente e efluente do tanque de equalização . EQUALIZAÇÃO Tipos de Tanquesde Equalização Nível Variável: o efluente é retirado a uma vazão constante, acarretando variações no volume (nível). Neste caso temos equalização da vazão e também a homogeneização. É necessária a instalação de sistema misturador por meio de agitação mecânica, aeração de superfície . Baseado na variação da vazão: neste caso a função do tanque de equalização é estocar vazões acima da média diária e descarregá-las quando a vazão for inferior à média – Método Analítico e Método Gráfico (diagrama). Baseado na variação de carga: determina o volume requerido para minimizar variações de carga para dentro de uma faixa aceitável. Pode ser efetuado através do balanço de massa – Método de Conservação da massa. EQUALIZAÇÃO Volume de Equalização Método Gráfico – Diagrama Volume de Equalização � Plotar o diagrama do volume acumulado versus o tempo (horário); � Traçar a linha de vazão média (da origem ao ponto final do diagrama); � Traçar uma paralela à linha de vazão média, tangente à curva do volume acumulado (ou duas paralelas conforme o tipo de diagrama obtido); � O volume de equalização requerido é a distância vertical do ponto de tangencia à linha de vazão média ou a distância entre as duas paralelas. Método Gráfico – Diagrama A interpretação física dos diagramas acima é a seguinte: Diagrama A: no ponto de tangência mais baixo o tanque de equalização está vazio, acima deste ponto o tanque começa a encher. Diagrama B: o tanque estará completamente cheio no ponto de tangência mais alto. Diagramas esquemáticos para a determinação do volume de equalização para dois padrões típicos de vazão: (A) (B) Método Gráfico – Diagrama Diagramas esquemáticos para a determinação do volume de equalização para dois padrões típicos de vazão: (A) (B) A interpretação física dos diagramas acima é a seguinte: Diagrama A: no ponto de tangência mais baixo o tanque de equalização está vazio, acima deste ponto o tanque começa a encher. Diagrama B: o tanque estará completamente cheio no ponto de tangência mais alto. Método Gráfico – Diagrama Volume de Equalização Na prática, de acordo com Metcalfy & Eddy (2003), o volume do tanque de equalização será maior que o teórico devido aos seguintes fatores: � a operação contínua de equipamentos de aeração e mistura não permitem o completo esvaziamento do tanque, apesar de estruturas especiais poderem ser construídas; � o volume deve ser tal que possa acomodar os volumes de recirculação esperados no sistema; � poderá haver variações de vazão imprevistas; Normalmente o volume adicional varia de 10 a 20% do valor teórico, observando-se em geral uma profundidade mínima (profundidade morta) de 1,0 m. Nunes (2001) recomenda um acréscimo de 30% e Lin (2007) de 20 a 50%. Volume de equalização (Veq) – Tanque de seção quadrada Obtido graficamente Veq . Veq = L2 x H Volume mínimo Vmin = L2 x Hmin Hmin = 1,0m (usual) Volume total VT = Veq + Vmin Tempo de retenção t = VT / Qmed Vazão média Qmed = Volume acumulado / 24horas Dimensionamento - Equalização VAZÃO RECOMENDAÇÕES: � Usual tanque de seção quadrada (agitação por aerador de superfície); � Profundidade útil de 3,0 a 5,0m; � Aeradores flutuantes, devido às variações do nível da lâmina líquida; � Densidade de potência instalada deverá ficar entre 5 a 10 w/m3 (para manter os sólidos sedimentáveis em suspensão). Tanque de equalização circular Equalização VAZÃO Área = π . R2 ; Volume = π.R2.h Exercício (Método gráfico) Volume de Equalização 1. Dimensionar um tanque de equalização, seção quadrada, para uma indústria têxtil, com atividade contínua, considerando os dados da tabela ao lado. Considerar: � Hmin =1m (usual); � Htotal = 3m; Exercício (Método gráfico) Volume de Equalização Veq = 270 m3 Resposta: Veq = 270 m3 (obtido graficamente) L = 11,62 m Vmin = 135 m3 Hmin = 1,0 m (usual) VT = 405 m3 Qmed = 58 m3/h t = 7 h FLOTAÇÃO A flotação é utilizada na remoção de sólidos em suspensão e óleos e graxas de águas residuárias e na separação e concentração de lodos (ECKENFELDER, 2000). O termo flotação envolve a separação de partículas sólidas ou líquidas que se unem a bolhas de gás para formar conjuntos “partículas-gás” menos densos que o líquido no qual estes constituem a fase dispersa. FLOTAÇÃO A flotação tem as seguintes aplicações em sistemas de tratamento de efluentes (RAMALHO, 1996): � Separação de gorduras, óleos, fibras e outros sólidos de baixa densidade; � Espessamento de lodos emsistemas de lodos ativados; � Espessamento de lodos quimicamente floculados. FLOTAÇÃO Aplicações � Flotação Mecânica: consiste em uma dispersão mecânica de bolhas de ar de 0,1 a 1mm de diâmetro é sobretudo utilizado para a separação e concentração de minérios. � Flotação por Insuflação de ar: trata-se na realidade de uma flotação natural melhorada pela insuflação simples, através de propulsores ou difusores, no seio da massa líquida de bolhas de ar de alguns milímetros de diâmetro. FLOTAÇÃO Classificação Flotação “forçada” FLOTAÇÃO por Insuflação de AR Flotação por ar dissolvido (Dissolved air Flotation - DAF): é a forma mais comum dos sistemas de flotação, pode ser à vácuo ou sob pressão (pressurização). Sob pressão: o ar é dissolvido no líquido sob condições pressurizadas de 50 a 70 lb/in2 ou 3,4 a 4,8 atm, seguido por descompressão para a pressão atmosférica, ocorrendo assim a formação de bolhas muito finas (microbolhas), de 40 a 70 µm, que ascendem à superfície do tanque, conduzindo consigo a matéria em suspensão ou gorduras (ECKENFELDER, 2000). Em unidades maiores, uma parte do efluente do DAF (15 a 120%) é reciclado (Metcalf & Eddy, 2003). FLOTAÇÃO Classificação Flotação “forçada” Bolhas/microbolhas de ar FLOTAÇÃO - AR DISSOLVIDO (sem recirculação) FLOTAÇÃO – AR DISSOLVIDO (com recirculação) Flotadores As principais aplicações em tratamento de águas dos diversos processos de flotação estão resumidas na tabela abaixo. Defeitos construtivos ou de instalação dos flotadores Dimensionamento (RAMALHO, 1996) Sistema de Flotação sem Recirculação 1) Selecionar A/S (A/S) = Kg/d de ar liberado / Kg/d de sólidos no efluente. Este parâmetro se estima a partir de ensaios realizados em escala de laboratório ou em células de flotação em planta piloto. Valores típicos de A/S: - Para espessamento de lodos, A/S = 0,005 a 0,060; - Para remoção de sólidos e OG , A/S = 0,002 a 0,060. Exemplo de gráfico obtido experimentalmente: Dimensionamento (RAMALHO, 1996) Sistema de Flotação sem Recirculação 2) Pressão de funcionamento (atm) A/S = 1,2. Sa. (f.P – 1)/ Xo ou P = (1/ f). [((A/S). Xo./1,2. Sa) +1] 3) Selecionar o Fator de carga (Fc) – taxa de aplicação (m3/m2.h) Fc = 0,08 a 0,16 m3/m2.min, ou seja, 4,8 a 9,6 m3/m2.h 4) Área superficial requerida (m2) A = Q/ Fc 5) Volume (m3) V = Q x t 6) Profundidade (m) H = V/A 7) Comprimento e largura ( formato retangular A = C x L) Onde: P = pressão de funcionamento (atm) – 2 a 4 atm; f = fração de ar dissolvido (0,5 a 0,8); Xo = concentração de sólidos ou OG no efluente; Q = vazão do efluente; Sa = solubilidade do ar em cm3/L de água residuária, depende da temperatura (tabela); Dimensionamento (RAMALHO, 1996) Sistema de Flotação com Recirculação 1) Selecionar A/S (A/S) = Kg/d de ar liberado / Kg/d de sólidos no efluente. Este parâmetro se estima a partir de ensaios realizados em escala de laboratório ou em células de flotação em planta piloto. 2) Calcular Recirculação (R) A/S = (R/Q). 1,2. Sa (f.P – 1)/ Xo ou R = (A/S). Q. Xo./1,2. Sa (f.P -1) 3) Selecionar o Fator de carga (Fc) – taxa de aplicação (m3/m2.h) Fc = 0,08 a 0,16 m3/m2.min, ou seja, 4,8 a 9,6 m3/m2.h 4) Área superficial requerida (m2) A = Q+R/ Fc Onde: P = pressão de funcionamento (atm) – 2 a 4 atm; f = fração de ar dissolvido (0,5 a 0,8); Xo = concentração de sólidos ou OG no efluente; R = razão de recirculação; Q = vazão do efluente; Sa = solubilidade do ar em cm3/L de água residuária, depende da temperatura (tabela); Dimensionamento (RAMALHO, 1996) Sistema de Flotação com Recirculação 5) Volume (m3) V = Q x t(d) 6) Profundidade (m) H = V/A 7) Diametro (formato circular) A = π D2/4 Observações: � Os flotadores podem ter formato retangular ou circular. � A eficiência de flotação é avaliada medindo a velocidade de flotação em função da relação (volume de ar / massa de sólidos a ser flotado, em m3/kg), ou medindo a concentração de SS ou OG restante. Flotação sem recirculação Flotação 3. Os ensaios de flotação de laboratório para uma determinada água residuária indicaram uma relação ótima ar/sólido (A/S) de 0,04 kg de ar/ Kg de sólidos. A vazão é de 4000m3/d e a concentração de SS de 250 mg/L. Os ensaios de flotação (sem recirculação) indicaram para relação A/S de 0,04 uma quantidade ótima de sólidos no efluente de 25 mg/L. Considere: f = 0,5; Temperatura = 20°C; Fc = 7,2 m3/m2.h; TDH = 20 min; formato retangular ; relação C/L = 3. RESPOSTA: P = 2,9 atm; A = 23,2 m2; V = 55 m3; H = 2,4 m; L = 2,78 m; C = 8,34 m Flotação sem recirculação Flotação Para remoção dos OG as linhas B e C deverão passar por um processo de Flotação. Para isto estas linhas deverão ser unidas em uma única linha de tratamento que apresentará uma QTOTAL e uma conc. de OGTOTAL. (OGT x QT) = (OGB x QB) + (OGC x QC) Dimensionar um sistema de flotação, considerando: a relação ótima A/S =0,04 Kg de ar/ Kg de OG; temperatura de funcionamento de 23°C. Considerar: f = 0,5; TDH = 30 min; taxa aplic. (Fc) = 7,2m3/m2.h; tanque com formato circular. 4. O processo industrial de um CURTUME gera uma vazão total de águas residuárias de 1000m3/d, segregada em três correntes distintas: A, B e C; caracterizadas na tabela a seguir. TRATAMENTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS E GASOSOS - TECNOLOGIA AMBIENTAL - CEFETPR REFERÊNCIAS ECKENFELDER JR, W. W. Industrial Water Pollution Control. 3.ed, EUA: McGraw-Hill, 2000. LIN, D. L. Water and Wastewater Calculations Manual. 2. ed. USA: McGraw – Hill, 2003. METCALF, L.; EDDY, H. Wastewater Engineering: Treatment and Reuse. 4 ed. Revisado por George Tchobanoglous, Franklin L. Burton, H. David Stensel. New York: McGraw-Hill, 2003. NUNES, J. A. Tratamento físico-químico de águas residuárias industriais. 3. ed. Aracaju: Gráfica e Editora Trinfo Ltda, 2001. RAMALHO, R. S. Tratamento de Aguas Residuales. Barcelona, Editora Reverte, 1996. (Tem uma edição atualizada 2003)