QUESTÕES REFERENTES ÀS AULA 1 A 4

Prévia do material em texto

UNICAMP – UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS 
 FT - FACULDADE DE TECNOLOGIA 
TECNOLOGIA EM SANEAMENTO AMBIENTAL 
 
 
ST616 - TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS II 
 
 Prof. Dr. Peterson Bueno de Moraes 
 
 QUESTÕES REFERENTES ÀS AULA 1 A 4 
 
 
 
 
 
Luís Henrique Sinatora RA: 221108 
 
 
 
 
 
 
 
Limeira – SP 
2020 
1 - Discorra sobre os tipos de membranas, incluindo materiais das membranas, 
lay-out do processo, vantagens, desvantagens e aplicabilidade de cada tipo. 
Hoje existem diversos tipos de membranas filtrantes, sendo elas, membranas de 
microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração e osmose reversa. Todas elas se diferem 
pelo nível de filtração e aplicação. As membranas são estruturadas por diversos tipos 
de polímeros, como, politetrafluoretileno e polietersulfona. As membranas podem ser 
tubulares ou planas, compõem as tubulares 3 tipos diferentes, de fibra oca, capilar e 
tubular. As tubulares são compostas por diversas membranas em um tubo, então, 
dispõem os tubos um ao lado do outro. As membranas planas, consistem em filtros 
esticados dispostos um do lado do outro, de forma plana. As membranas de fibra oca 
são abertas como canudos, em um conjunto de várias dessas membranas, elas são 
envolvidas num tubo de plástico resistente. O efluente entra pelo meio do tubo da 
membrana e o permeado sai pelas laterais, e no meio delas fica a água limpa. Já as 
membranas capilares, funcionam com cartuchos acoplados com camadas de 
membranas esticadas presas em cima e embaixo de um módulo, o efluente passa 
entre as membranas e filtram a água ou efluente. As membranas também são 
classificadas em orgânicas e inorgânicas. As membranas cerâmicas, tem um diâmetro 
não muito pequeno, e apenas realizam a microfiltração e a ultrafiltração. A membranas 
podem hidrofílicas, que tem afinidade com a água ou hidrofóbicas, que não há 
afinidade com a água. Para o tratamento de água ou meios aquosos o ideal são as 
hidrofílicas. 
O tratamento através de membranas filtrantes consegue trazer diversas vantagens, 
entre elas, a geração de águas residuárias com uma melhor qualidade, uma 
flexibilidade operacional, as estações de tratamento são mais compactas, não 
necessita de adição de reagentes químicos e outras tantas vantagens. 
Mas assim como vantagens, existem algumas desvantagens com o tratamento por 
membranas, uma das principais é o alto valor no mercado, fazendo assim, outros tipos 
de tratamento serem mais rentáveis. 
2. Cite e explique a função das partes que constituem um sistema de filtração 
com membranas. 
O sistema de filtração por membrana precisa de um pré-tratamento, para retirar 
materiais mais grossos. Para também não sobrecarregar a membrana, e não criar 
problemas operacionais a mais. O sistema de membranas para separar os 
contaminantes do efluente. Um sistema pós-tratamento, por questões sanitárias e no 
fim, um sistema de limpeza química, para voltar a capacidade das membranas, para 
manter a vida útil da membrana. 
3. Explique como pode ocorrer a limpeza num sistema de filtração com 
membranas. 
A filtragem é pausada, e então, através de um fluxo contrário ao do efluente que passa 
para a filtração, é adicionada uma solução, parecida com um detergente, é colocado no 
sistema e faz a limpeza das membranas. Existe também as membranas autolimpantes, 
com um sistema ultravioleta, que limpa as membranas sem que seja necessário parar o 
sistema por completo. 
4. Cite e explique quais os tipos de problemas que podem ocorrer em um 
sistema de filtração de membranas e possíveis formas de prevenção. 
Pode haver dos poros das membranas entupirem, através da formação de depósitos, 
que são efeitos de adsorção e precipitação química, sendo assim, o fluxo do permeado 
acabe sendo reduzido. Identifica-se esse problema através da medição da pressão 
diferencial do sistema, se na saída a pressão estiver menor, algo está entupindo a 
membrana. Há o fouling e o biofouling, o fouling é a colmatação das membranas por 
via química, o crescimento do fouling é linear. Existem também o biofouling, que é a 
colmatação biológica das membranas, o crescimento do biofouling é exponencial. Para 
sua prevenção, necessita de um bom tratamento de desinfecção antes da membrana. 
Já para prevenção do fouling, necessita um processo de limpeza das membranas 
adequado, para evitar acúmulo e colmatação de químicos. 
5. Discorra em relação às MBRs, principalmente quanto a: configurações, tipos 
de membranas, vantagens, desvantagens e aplicabilidade. 
A MBR é o reator biológico de membranas, na combinação do tratamento com 
membranas de micro ou ultrafiltração com o tratamento biológico. Consiste num tanque 
biológico de microrganismos anaeróbios ou aeróbios, suspensos com membranas 
mergulhadas. O sistema é todo automatizado, com bombas, sensores, sistemas de 
recirculação, funcionando de forma automática, também fazendo a medição de fatores 
como a pressão diferencial do sistema, para ter um controle do funcionamento do 
sistema. A injeção de maneira forçada, faz com que funcione, para que os 
microrganismos aeróbios degradem a matéria orgânica e após as membranas irão 
filtrar o efluente. O efluente deve ser biodegradável, o tanque de aeração é menor, a 
MBR substitui a decantação pelo processo de ultrafiltração, não há limite de vazão, se 
aumentar os módulos da membrana, o tempo de detenção celular é independente do 
tempo de detenção hidráulica, não é necessário a espera pela decantação. No final do 
processo, o efluente sai tratado com uma alta qualidade, e em relação ao outros 
tratamentos sua área de utilização é muito menor. Dentre as variações das MBRs 
podem se variar entre os tipos de membranas, entre tubulares,planas, capilares, de 
fibra oca, cerâmicas. As membranas poliméricas apresenta menor resistência química, 
necessita de fluxos menores, menores valores para o projeto. As membranas 
cerâmicas mostram um alto valor de resistência química e mecânica alta, e pode 
trabalhar com altos fluxos, por consequência, combate o fouling por ter uma alta 
velocidade, ao contrário das poliméricas. As MBRs podem ser classificadas com o tipo 
de filtração, de forma cross-flow e dead-end flow. O dead-end é entrar de um lado da 
membrana e sair de outro, o cross-flow o efluente entra na membrana e o permeado 
sai em direção perpendicular ao fluxo. Há também a variação no sentido do fluxo da 
membrana, que pode ser de fora para dentro ou vice-versa. A posição dos módulos 
também podem varias nas MBRs, as membranas podem estar submersas no sistema 
ou na parte de fora do tanque. 
6. Discorra sobre o índice de biodegradabilidade (IB). Discorra sobre os 
possíveis valores e interpretações de DQO e DBO. 
O índice de biodegradabilidade, mostra com outros parâmetros as formas de 
tratamento adequado para X efluente, para escolher entre processos, físicos, químicos 
ou biológicos, etc. Este índice é indicado através da DQO e da DBO. Podemos ver que 
se, DQO/DBO <2,5 o efluente é mais biodegradável, com opções de tratamentosbiológicos para ser tratado, como MBR e lodos ativados. Já <5 DQO/DBO <2,5 
necessita de mais cuidados para o tratamento. E se a DQO/DBO >5 este efluente é 
quase nada biodegradável, assim, é melhor optar por outros processos químicos ou 
físicos. 
7. Calcule o custo do tratamento com peróxido de hidrogênio de um efluente 
contendo 2,97.10-3 M de 2,4,5-triclorofenol (TF). Dados: vazão = 10 m3 h -1 ; 
Custo H2O2 50% (200 volumes) = R$ 12,00/litro. Equação não-balanceada: 
C6H3Cl3O + H2O2 CO2 + H2O + HCl; MMTF = 196 g mol-1 
 
C​6​H​3​Cl​3​O + 11 H​2​O​2​ = 6 CO​2​ + 11 H​2​O + 3 HCl​ ​-> Equação​ ​balanceada 
8. Cite e explique 2 vantagens e 2 limitações do tratamento biológico de 
efluentes. 
O tratamento biológico de efluentes pode ser tanto aeróbico como anaeróbico. As 
vantagens estão no preço, pois o tratamento biológico tem um valor bem mais abaixo 
que o por membranas, com um baixo custo energético e operacional. Além disso, outra 
vantagem está em poder ter um tratamento de um alto valor de volume, com uma boa 
eficiência, com efluentes com a DBO alta. 
As desvantagens estão em que, o tratamento biológico ocupa uma área muito maior 
que o por membranas, para tratar o mesmo volume de efluentes. E também, o 
tratamento biológico é muito limitado para tratar efluentes industriais, onde fatores 
externos podem acabar prejudicam o tratamento. 
9. Quais as principais diferenças e vantagens da Oxidação supercrítica em 
relação à Oxidação úmida? 
A oxidação úmida usa o Oxigênio por exemplo como oxidante, em altas temperaturas e 
pressões, entre 125 a 310ºC e 0,5 a 20 Mpa, respectivamente, para poder oxidar o 
efluente. Ainda, caso haja substâncias inorgânicas no efluente, pode-se gerar CO​2 
água, amônia, nitrogênio, nitratos, cloretos, sulfatos e fosfatos. 
A oxidação supercrítica, usa o oxidante em temperaturas e pressões ainda mais 
elevadas, superior a 375ºC e 22,16 Mpa, também respectivamente, já nesse tipo de 
oxidação há geração de ​CO₂, água e nitrogênio como produtos finais. A uma oxidação 
mais eficiente e com menos produtos finais que a úmida, acontecendo a mineralização 
da reação, devido a maior elevação da temperatura e da pressão a oxidação 
supercrítica tem uma menor velocidade de oxidação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10. Faça uma tabela comparativa de 3 vantagens e 3 desvantagens da cloração vs 
cloraminação vs uso do ClO2. 
 
 CLORAÇÃO CLORAMINAÇÃO ClO₂ 
VANTAGENS Baixo custo; 
Seu efeito residual 
é capaz de 
desinfectar durante 
o caminho das 
tubulações; 
Facilmente 
encontrado no 
mercado; 
Baixo custo; 
 
Eficaz no combate 
de biofilmes; 
Baixa formação de 
subprodutos da 
desinfecção; 
Maior estabilidade 
na fase líquida que 
o cloro livre e ​ClO₂; 
Menor formação de 
produtos de 
desinfecção; 
Controla o odor; 
Remove a cor; 
DESVANTAGENS Maior possibilidade 
de produzir 
subprodutos 
tóxicos, exemplo os 
organoclorados; 
O pH prejudica o 
processo se não for 
controlado; 
Pode haver 
problemas com 
odor e sabor; 
Menor poder 
desinfectante que o 
cloro e o dióxido de 
cloro; 
Há necessidade de 
controle do pH e 
dosagens de cloro 
e amônia; 
Não consegue 
oxidar ferro e 
manganês; 
Deve ser produzido 
in loco, pois há 
risco e pode causar 
explosões; 
Pode formar 
subprodutos como 
cloritos e cloratos; 
Alta quantidade de 
residuais de dióxido 
de cloro; 
 
11. Discorra sobre 3 fatores que afetam a cloração. 
Um dos fatores que afetam a cloração é a presença de ferro e manganês na água; 
devido estarem em suas formas reduzidas, dificultam o cloro oxidá-los. Baixas 
temperaturas da água podem afetar e prejudicar o processo de desinfecção da água; E 
também a presença de diferentes microorganismos, pois alguns são mais resistentes à 
desinfecção por cloração. 
12. Em quais casos o uso do ClO2 é indicado? Discorra sobre possíveis modos 
de produção do ClO2 e dê exemplo de oxidação através de reação química. 
O ClO2 é um desinfectante com diversas aplicações, como remoção de biofilme em 
sistemas de distribuição de água e também na produção de água potável. É muito 
aplicado no controle de cor e odor da água, além da remoção do Ferro e Manganês. O 
dióxido de cloro é um grande inativador de patógenos, mais eficiente desinfetante 
químico, com o poder bactericida maior frente a outros biocidas. Não reage com a 
matéria orgânica. Ele é produzido por um reator eletrolítico com uma solução de clorito 
de sódio com HCl ou Cl​2 
5NaClO2 + 4HCl -> 4ClO2 + 5NaCl + 2H2O (a partir do HCl) 
2NaClO2 + Cl2 + -> 2ClO2 + 2NaCl ( a partir do Cl2) 
13. O que é o processo de Descloração? Quando e como deve ser utilizado? Cite 
2 reagentes utilizados neste processo. 
A descloração é a remoção do cloro da água, pode-se utilizar carvão ativado, mais 
utilizados em filtros, uma solução mais eficaz, removendo o cloro por meio de uma 
reação de oxi-redução, ou através de compostos a base de sulfeto, (Dióxido de 
Enxofre, Sulfito de Sódio e outros), que podem acabar produzindo alguns subprodutos, 
necessitando de uma deionização, já esse sistema funciona melhor como um 
pré-tratamento para filtragem. A descloração é feita quando a substância química é 
adicionada em excesso nas águas de distribuição para as residências, modificando seu 
odor e sabor. Além disso, a descloração evita danos nos equipamentos, como corrosão 
em equipamentos metálicos. 
14. Cite 3 vantagens e 3 desvantagens do processo fotoquímico; 3 tipos de 
lâmpadas e suas características, 3 fatores que influenciam na eficiência e 3 
possíveis problemas que podem ocorrer nestes tipos de sistemas. 
As vantagens do processo são: Facilidade de operação e automação; Compatível 
ambientalmente, não gera THM, clorominas nem lodo; Processo compacto, não usa 
muito espaço e não há geração de subprodutos cancerígenos. 
Já suas desvantagens, estão em: Presença de sólidos suspensos é uma limitação, não 
produz efeito residual. 
As lâmpadas podem ser, de Baixa Pressão de Vapor de Mercúrio, Média Pressão de 
Vapor de Mercúrio e Xenônio, entre outros. 
A lâmpada de baixa pressão de vapor de mercúrio, tem como características que, ela 
opera em baixa pressão (10-2 torr) e com baixas temperaturas (40ºC), essa lâmpada 
tem um longo tempo de vida (de 6000 a 10000 horas), além de ser muito eficaz para o 
sistema UV/ozônio, devido o ozônio absorver bem o comprimento de onda em torno de 
254 nm. Sua voltagem está entre 120 e 240 V, há vaporização parcial do mercúrio e 
uma única lâmpada de 65 w pode ser usada em unidades que atendem vazões de até 
9 m3/h. 
As lâmpadas de média pressão de vapor de mercúrio, apresentam algumas 
características como, que operam a uma pressão maior que as de baixa pressão e 
também temperaturas mais altas (400 a 600ºC), e tem um tempo de vida menor, elas 
duram de 3000 a 4000 horas e elas geram um espectro com picos mais fortes e 3 
faixas de onda 360 - 370 nm, 300 - 310 nm e 250 - 270 nm. Sua voltagem está entre 
1000 e 2000 V, há vaporização completa do mercúrio e ela não é influenciada por 
variações acentuadas da temperatura. 
Já as lâmpadas de xenônio, tem um tempo de vida bem curto(em torno de 1000 
horas), elas têm um ao custo e sua emissão máxima a 230 nm. 
Alguns fatores que podem afetar a eficiência da radiação ultravioleta são: A turbidez; a 
concentração de sólidos suspensos, a densidade do fluido e entre outros. Os 
problemas que podem ocorrer nesses sistemas, estão entre, o envelhecimento das 
luminárias, incrustações nas camisas de quartzo. 
15. Discorra sobre o processo de desinfecção, quanto a: tipo de lâmpada e dose; 
fatores que influenciam, mecanismo de inativação, tipos de sistemas. 
A maior intensidade e a maior pressão das lâmpadas, fazem com que seja maior a 
vazão do fluxo, quanto menores esses fatores, a vazão do fluxo tem que ser menor 
para que haja o tratamento adequado. Caso o tratamento seja de baixa pressão, 
precisa de mais lâmpadas que um de média pressão, por exemplo. A dose da lâmpada 
é dada através de ((potência/área) x tempo). Os vírus necessitam de uma dose de 
20-30 mW.s/cm2 para o controle, bactérias 30-40 mW.s/cm2. Para a inativação, se 
consiste na formação de dímeros na DNA, desativando a fita e inativando o patógeno. 
O sistemas de canais abertos são tanques abertos com lâmpadas UV mergulhadas 
fazendo o tratamento, já os canais fechados, o tratamento é feito pela tubulação 
fechada com as lâmpadas UV dentro.