Slide Aula Processos Químicos 5

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Prof. Dr. Marcos Baroncini Proença
Princípios de Processos 
Químicos Industriais
Aula 5
Conversa Inicial
Iremos abordar os tratamentos de água, sua 
reutilização e dos tratamentos dos resíduos 
industriais líquidos, gasosos e sólidos
Assim, ao final, você terá visto conceitos 
técnicos referentes ao tratamento de água 
e de resíduos, os quais serão aprofundados 
nas disciplinas específicas para que possa 
desenvolver competências e habilidades 
necessárias para sua vida profissional
Conversa Inicial
Processos de tratamento 
de água industrial
Há necessidade de tratamento de água 
industrial principalmente para a geração 
de vapor em caldeiras
Para ser usada em caldeiras, a água deve 
atender a algumas propriedades, como não 
ter ou ter uma mínima quantidade dissolvida 
de sais, óxidos e de oxigênio; estar isenta de 
sólidos e materiais orgânicos em suspensão; 
além de ter pH de neutro a preferencialmente 
alcalino
Justificativa
Além disso, a água condensada no processo 
industrial é realimentada nas caldeiras, 
necessitando de um eficiente controle 
e tratamento, pois é justamente a 
contaminação por impurezas do condensado 
que causa maiores danos em caldeiras
Justificativa
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Tratamentos preliminares visam a eliminar, 
em um primeiro momento, as impurezas 
mais grosseiras, tais como turbidez, sólidos 
em suspensão e material orgânico. 
Posteriormente, há necessidade de 
eliminar substâncias e gases dissolvidos
Esses tratamentos são a clarificação e 
filtração, o processo de troca iônica, o 
abrandamento e a desmineralização
Tratamentos preliminares
A clarificação elimina as substâncias 
suspensas na água
É feita por um processo de coagulação 
e floculação das impurezas, por ação de 
agentes coagulantes e floculantes, 
como o sulfato de alumínio e outros
Ocorre por processos eletrostáticos, fazendo 
com que as impurezas se unam e formem um 
composto maior e mais denso, sedimentando 
no leito
Clarificação e filtração
É feita em lagoas de decantação ou em 
decantadores
Subsequentemente à clarificação, ocorre a 
filtração, normalmente por meio dos filtros 
que operam por gravidade ou pressão
Clarificação e filtração Demandas
Fig. 1. Lagoa de Decantação Industrial e decantador
(Fonte: BAKOFTECH Engenharia- http://bakofengenharia.com.br/linhas/3/produto/15).
Chris worldwide/Shutterstock CRÉDITO: JEFFERSON SCHNAIDER
O tratamento de troca iônica remove os íons 
dissolvidos, responsáveis por incrustações e 
corrosões. Nesse tratamento, resinas de 
troca iônica retiram íons da água que escoa 
por elas. As resinas podem ser catiônicas e 
aniônicas. As catiônicas retêm íons positivos 
como Ca2+ e Mg2+. As aniônicas retêm íons 
negativos como o Cl- e SiO3-2
Troca iônica
Como desvantagem, o processo de troca 
iônica tem um fixo relativamente elevado 
(principalmente o custo das resinas) e 
envolve o uso e o manuseio de produtos 
químicos perigosos (ácido muriático e soda 
cáustica) para regeneração dos leitos
Troca iônica
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Este tratamento ocorre em colunas de 
resinas de troca iônica
Troca iônica
Fig.2. Colunas de Resinas de Troca Iônica 
CRÉDITO: JEFFERSON SCHNAIDER
É o tratamento de troca iônica com a 
finalidade específica de retirar os íons 
Ca2+ e Mg2+ da água, por troca iônica 
com uma resina que possui íon H+
Ficarão retidos na resina os íons cálcio e 
magnésio, e o hidrogênio se incorporará a 
água
Abrandamento
É um tratamento que retira todos os íons 
positivos e negativos da água, por meio da 
passagem por uma coluna de abrandamento 
e posterior passagem em uma coluna de 
troca de íons aniônica
São removidos da água a sílica, os silicatos 
solúveis, carbonatos, sulfatos e até cloretos 
Desmineralização
Algumas vezes, por condições de operação da 
planta, há necessidade de tratamentos mais 
específicos ou da complementação de algum 
tratamento preliminar
Tratamentos complementares
É um tratamento usado em duas situações: 
Contaminação por óleo ou ferrugem, 
frequentemente em água de condensação
Complementação ao tratamento de 
clarificação, devido a uma grande vazão de 
água industrial requerida pela planta
Flotação
Fisicamente funciona por redução de 
densidade das impurezas por meio da união 
das bolhas de ar às partículas sólidas e óleos, 
aglomerando essas impurezas na forma 
de uma espuma, que é então retirada 
mecanicamente ou por vertedouro 
com boia de nível
A água tratada, mais densa, sai pela 
parte inferior do flotador
Flotação
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Esse tratamento é feito em flotadores 
verticais e horizontais
Os flotadores verticais são mais compactos, 
mas consomem mais energia, trabalhando 
com ar dissolvido (microbolhas)
Os horizontais têm consumo baixo de 
energia, por trabalharem com ar disperso 
(bolhas maiores), mas ocupam um maior 
espaço na planta
Flotação Flotação
Fig.3. Flotador vertical CRÉDITO: JEFFERSON SCHNAIDER
É usado para tratar águas condensadas 
contaminadas com óleos
Ocorre por diferença de densidade, usando a 
tendência do óleo flutuar na água
É feito em separadores água-óleo, que contêm 
recheios de pratos inclinados oleofílicos, os quais 
aglutinam as gotas em gotas maiores e com 
maior velocidade de ascensão, que seguem 
para a superfície da água
A água tratada sai pelo fundo do separador
Separação água-óleo Separação água-óleo
Fig.4. Separador água-óleo. 
CRÉDITO: JEFFERSON SCHNAIDER
Reutilização de água
Hoje é de importância fundamental não só o 
adequado controle da água usada em processos 
industriais, buscando evitar ao máximo 
desperdícios, mas também a adoção de água 
de reuso da melhor forma possível, dentro de 
características e qualidade requeridas para um 
determinado processo industrial
O reuso de água de efluentes de atividades 
realizadas na própria indústria pode ser de duas 
formas: reuso em cascata e reuso de efluentes 
tratados
Reutilização de água
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O efluente gerado em um determinado processo 
industrial, ou a mistura do efluente com água de 
qualquer outro sistema de coleta convencional, 
é usado no processo subsequente, desde que 
atenda aos requisitos de qualidade definidos 
para o processo
O uso da mistura com água de outro sistema é 
adotado quando o efluente atende aos requisitos 
exigidos para uma determinada aplicação, mas 
sua vazão não atende à demanda total
Reuso em cascata 
Uma das preocupações referentes à água de 
reuso é que os tratamentos dos efluentes 
geralmente não retiram os compostos 
inorgânicos solúveis
Para o controle desses compostos nos 
ciclos de reuso, a análise do SDT (sólidos 
dissolvidos totais) deve ser usada
Reuso de efluentes tratados
Os valores obtidos nessa análise determinam 
a porcentagem máxima de reuso possível
Em alguns casos é necessário tratá-lo
Esse tratamento pode inclusive ser o mesmo 
usado para a água industrial convencional
Reuso de efluentes tratados
Vem crescendo o uso de águas pluviais junto 
com as águas de reuso, por apresentarem 
qualidade melhor que os efluentes usados 
para o reuso, com custo relativamente baixo 
da estrutura para sua coleta e armazenamento, 
aproveitando as extensas áreas de cobertura e 
pátios industriais para a captação
Estudos sobre as séries históricas de índices 
pluviométricos diários e da área de cobertura 
e pátios, bem como da área disponível para 
instalar reservatórios, definirão o uso ou 
não das águas pluviais
Águas pluviais
Águas pluviais
Fig.6. Sistema de captação e reservatório de águas pluviais.
CRÉDITO: JEFFERSON SCHNAIDER
Processos de tratamento de 
resíduos líquidos industriais 
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Existe uma série de parâmetros de controle de 
poluição para lançamento de efluentes líquidos 
industriais
Diversos tratamentos foram desenvolvidos 
levando em conta as características físicas, 
químicas e biológicas dos contaminantes a 
serem removidos, originados das operações 
unitárias da produção industrial
Esses tratamentos podem ser por processos 
físicos, químicos e biológicos
Introdução
São os processos que removem os sólidos ou 
outros contaminantes dos efluentes através 
de separações físicasOs sólidos mais grosseiros são retirados por 
gradeamento, peneiramento e sedimentação
Processos físicos
Outros tipos de contaminantes, como 
óleos e gorduras, pós, açúcares e outros, 
são retirados por caixas separadoras de 
óleos e gorduras, sedimentação e flotação
Suspensões coloidais contendo substâncias 
orgânicas e inorgânicas, bem como 
microrganismos são retirados por processos 
de filtração em areia ou em membranas
Processos físicos Processos físicos
Fig.7. Gradeamento de efluentes. Fig. 8. Peneiramento com peneira circular. 
ANUPONG RAJSUPA/ShutterstockCRÉDITO: JEFFERSON SCHNAIDER
Fazem uso de produtos químicos para a remoção 
de impurezas dos efluentes por coagulação e 
floculação
Fazem a regulagem da acides ou basicidade 
dos efluentes por neutralização de pH
Fazem retirada de metais por oxidação e redução
As operações unitárias de tratamento de 
resíduos são as de clarificação, precipitação, 
oxidação e redução, troca iônica a cloração
Processos químicos
A oxidação é feita insuflando ozônio em um 
tanque para remoção de cianetos, sendo 
usada também para a desinfecção 
A redução é usada, dentre outras aplicações, 
para remoção do cromo hexavalente
A cloração é usada para desinfecção e quase 
sempre antecede uma fluoretação
Processos químicos
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Processos químicos
Fig.9. Tanques de cloração e fluoretação. 
CRÉDITO: JEFFERSON SCHNAIDER
Têm o objetivo de fazer a digestão da matéria 
orgânica dissolvida, transformando-a em 
lodo, biofertilizante e biogás
É frequentemente usada para tratamento de 
esgoto industrial e também para efluentes da 
agroindústria e indústria madeireira
Esse tratamento pode ser por processos 
aeróbios, mistos e anaeróbios
Processos biológicos
A digestão da matéria orgânica é feita por 
bactérias aeróbicas, sendo os principais meios 
de tratamento os lodos ativados, que podem 
ser convencionais ou de aeração prolongada
Após ser tratado, o efluente segue para 
um decantador secundário, para que seja 
separado o efluente tratado do lodo
O lodo é reenviado ao tanque para o que 
se chama de estabilização do sistema
O efluente tratado fica sobrenadante e é 
descartado para o corpo receptor
Processos biológicos aeróbios
Parte da matéria orgânica é retirada antes do 
tanque de aeração, por meio do decantador 
primário
Depois segue para o tanque de aeração e em 
seguida para o decantador secundário, de 
onde é recirculado o lodo para estabilização 
O efluente tratado sobrenadante segue para 
o corpo receptor
Lodos ativados com aeração convencional
Lodos ativados com aeração convencional
Fig.10. Tratamento por lodo ativado com aeração convencional. 
CRÉDITO: MARCOS BARONCINI PROENÇA
Não há a presença do decantador primário, 
pois os sólidos irão sedimentar com o lodo 
no tanque de aeração
A estabilização do lodo ocorrerá também no 
tanque de aeração
O efluente segue então para um decantador 
secundário, de onde parte do lodo recircula e 
o efluente tratado sobrenadante segue para o 
corpo receptor
Lodos ativados de aeração prolongada
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Lodos ativados de aeração prolongada
Fig.11. Tratamento por lodo ativado com aeração prolongada. 
CRÉDITO: MARCOS BARONCINI PROENÇA
A biodigestão é feita por bactérias que 
passam de aeróbicas para anaeróbias em 
filtros biológicos, biodigestores e por 
algumas lagoas chamadas facultativas
Processos biológicos mistos
É constituído de um leito que pode ser de pedras, 
podendo também ser de ripas ou material 
polimérico
O efluente é aspergido sobre esse leito por meio 
de braços rotativos e o percola, alimentando 
bactérias
Na alimentação atua como tratamento biológico 
aeróbio, mas, na medida que percola e parte da 
matéria orgânica fica retida no fundo do leito, 
atua como tratamento biológico anaeróbio
Pode ser de baixa carga e de alta carga
Filtro biológico Filtro biológico
Fig.12. Filtro biológico. Distribuidor Rotativo da Life 
Saneamento instalado na cidade de Itambacuri/MG.
CRÉDITO: https://www.lifesaneamento.com.br/produto/
distribuidor-rotativo-para-filtro-biologico/376
Devido à baixa vazão do efluente, o lodo sai 
parcialmente estabilizado
Embora ocupe uma maior área e apresente a 
necessidade de um bom controle da vazão do 
efluente, consome menos energia e é de fácil 
operação
Filtros biológicos de baixa carga
O lodo não sai estabilizado
A área ocupada é menor que a de baixa 
carga e a carga de DBO aplicada é maior
Há uma possibilidade de o leito secar no 
período no qual a planta industrial esteja 
parada, sendo assim promovida a 
recirculação do efluente
Filtros biológicos de alta carga
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Ocorrem em lagoas anaeróbias e biodigestores 
Como as reações anaeróbias são mais lentas que 
as reações aeróbias, o processo de remoção da 
matéria orgânica se torna mais demorado
As etapas dessa digestão são a acetogênese, 
transformando a matéria orgânica em cadeias 
menores, e a metanogênese, gerando o gás 
metano
Geram biofertilizante e biogás
Processos biológicos anaeróbios 
Utiliza uma área pequena comparativamente às 
outras lagoas
Todo processo de digestão de matéria orgânica 
ocorre na ausência de oxigênio
A profundidade da lagoa é de grande importância 
para o processo, por evitar a fotossíntese pela 
penetração da luz solar, garantindo assim as 
melhores condições para as bactérias anaeróbias 
fazerem a digestão da matéria orgânica
Lagoas anaeróbias
Lagoas anaeróbias
Fig. 13. Lagoa anaeróbia. 
CRÉDITO: JEFFERSON SCHNAIDER
Processos de tratamento de 
resíduos sólidos industriais
Embora boa parte do tratamento dos 
resíduos sólidos industriais seja a destinação 
correta ou incineração, há hoje tecnologias 
que, além de neutralizar as propriedades 
poluentes que possam ter, convertem tais 
resíduos em produtos de valor agregado
Introdução
Os tratamentos podem ser mecânicos, 
biológicos e térmicos
Os tratamentos mecânicos, como trituração e 
moagem, filtração, decantação, destilação, 
evaporação e outros, já foram vistos 
anteriormente
Introdução
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A ação de bactérias e fungos que se alimentam 
de resíduos orgânicos transformam esses 
resíduos em produtos de valor agregado, 
como fertilizantes biológicos e biogás
Vem aumentando a importância desse tipo de 
tratamento principalmente na agroindústria e 
na indústria florestal e madeireira
Pode ser por compostagem ou por biodigestão
Tratamento biológico
Bactérias aeróbicas e fungos fazem a digestão 
de matéria orgânica na presença de oxigênio, 
pela constante movimentação da matéria 
orgânica nas chamadas leiras de compostagem
Essa digestão biológica transforma os resíduos 
orgânicos em humus, um fertilizante natural 
rico em micronutrientes
Ocorre em três etapas: mesofílica, termofílica e 
maturação
Compostagem
Mesofílica: bactérias e fungos mesófilos, 
ou seja, que são ativos em temperaturas 
médias (em torno de 40 °C), digerem 
resíduos orgânicos de cadeias carbônicas 
menores. Essa etapa dura até 15 dias
Compostagem
Termofílica: bactérias e fungos termófilos, ou 
seja, que são ativos em elevadas temperaturas 
(que podem chegar a 70 °C) digerem resíduos 
orgânicos de cadeias carbônicas mais complexas, 
gerando temperaturas e pH ácido que eliminam 
agentes patógenos da leira. Essa etapa dura até 
dois meses
Maturação: a atividade das bactérias e fungos 
diminui, reduzindo assim a temperatura e a 
acidez do humus, finalizando a digestão biológica
Compostagem
Compostagem
Fig.14. Usina de compostagem
CRÉDITO: JEFFERSON SCHNAIDER
Resíduos orgânicos triturados são enviados 
para um biodigestor, em que sofrerão 
primeiro uma digestão aeróbica, gerando 
gás carbônico (CO2) e hidrogênio (H2) e 
eliminando patógenos. À medida que o CO2 
vai sendo gerado, o oxigênio do meio vai 
sendo consumido, até que o meio fica 
anaeróbio
Biodigestão
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Nesse momento, as bactérias se transformam 
em anaeróbias e começam a converter o CO2
e o H2 presentes no meio em gás metano 
(CH4)
Sairão, então, como produtos finais do 
biodigestor, o biogás formado por mais de 
80% de gás metano e o biofertilizante ricoem micronutrientes e livre de contaminantes 
e patógenos
Biodigestão Biodigestão
Fig.15. Biodigestores
CRÉDITO: JEFFERSON SCHNAIDER
Pela ação do calor, os resíduos sólidos 
sofrem alterações físicas e químicas, 
transformando-se em produtos inertes 
apropriados para descarte ou em 
produtos de valor agregado
Os tratamentos térmicos podem ser: 
incineração, pirólise e plasma
Tratamento térmico
Incineração: ocorre a reação de combustão 
total ou parcial de resíduos sólidos 
combustíveis, em temperaturas que variam 
entre 850 °C e 1300 °C, resultando em até 
90% de redução de seu volume e eliminando 
contaminantes e patógenos. A cinza inerte 
gerada é destinada a aterros ou para fábricas 
de cimento, e a escória gerada é destinada 
para metalúrgicas ou siderúrgicas
Tratamento térmico
Pirólise: ocorre a decomposição da matéria 
orgânica por ação de temperaturas em torno 
de 450 °C, sem a presença do oxigênio. Gera 
mais energia do que consome, sendo assim 
autossustentável, e também gera gás 
combustível, óleo combustível, alcoóis, 
alcatrão e outros
Tratamento térmico
Plasma: ocorre a desintegração do resíduo 
sólido, transformando-se em gases ionizados 
que, após tratados, seguem para uma usina 
termoelétrica para geração de energia 
elétrica. É um tratamento muito caro e, 
portanto, necessitaria de uma grande 
quantidade de resíduos sólidos para 
se tornar viável economicamente
Tratamento térmico
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Processos de tratamento de 
resíduos gasosos industriais
São de conhecimento geral os efeitos que 
gases industriais sem o devido tratamento 
geram ao meio ambiente, além das doenças 
que geram na população próxima a suas 
emissões para a atmosfera
O tratamento de resíduos gasosos industriais 
é fundamental para que sua contaminação na 
atmosfera seja nula ou minimamente 
prejudicial ao meio ambiente e ao ser 
humano
Introdução
Os principais tratamentos são por 
precipitação, absorção, adsorção, 
oxidação térmica regenerativa e 
redução catalítica seletiva
Introdução
Ocorre a separação de partículas sólidas e 
líquidas da corrente gasosa, forçando sua 
sedimentação por ações físicas usando a 
gravidade, a inércia, a força centrífuga 
e a ação eletrostática
Precipitação
Precipitação por gravidade: por meio de 
uma ampliação na área da seção transversal 
do duto ou equipamento por onde está 
circulando, a velocidade da corrente gasosa 
é diminuída, e, com isso, as partículas mais 
pesadas e maiores acabam precipitando para 
fora da corrente
Precipitação
Precipitação por inércia: são colocados 
obstáculos na direção de circulação do fluxo 
da corrente gasosa, gerando uma alteração 
brusca no sentido de escoamento do gás e, 
devido à inércia das partículas sólidas ou 
líquidas que estão sendo arrastadas, 
chocam-se com os obstáculos e precipitam 
para fora da corrente
Precipitação
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Precipitação por força centrífuga: é gerada 
uma corrente ascendente circular, de forma 
que é gerada uma força centrífuga que leva as 
partículas sólidas ou líquidas a se chocarem 
com as paredes do equipamento, precipitando 
para fora da corrente gasosa
Precipitação eletrostática: as partículas sólidas 
e líquidas adquirem uma carga elétrica por 
ionização e, posteriormente, por ação de um 
campo elétrico, aglomeram-se e precipitam 
para fora da corrente
Precipitação
Um contaminante presente no efluente 
gasoso é transferido de uma corrente 
gasosa para um solvente, normalmente uma 
solução ou um líquido, podendo permanecer 
dissolvido ou reagir com o solvente
Posteriormente, se houver valor agregado do 
soluto, como bicarbonatos, sais de amina, 
entre outros, esse contaminante pode ser 
recuperado
Absorção
A água é um solvente universal disponível e 
de custo razoável, sendo o solvente mais 
usado nesse processo de tratamento dos 
efluentes gasosos. Porém, a maioria dos 
contaminantes gasosos tem solubilidade 
limitada em água, acarretando um grande 
volume de lavagem para sua remoção, 
tornando necessário o processo de 
recuperação e reuso da água para 
diminuição dos custos
Absorção
Íons de moléculas de uma corrente gasosa 
são atraídos e ficam retidos da superfície de 
resinas aniônicas e catiônicas
Também pode ser física, em que os 
contaminantes ficam retidos nos poros 
presentes em um sólido, sendo que o sólido 
mais comumente usado é o carvão ativo
Adsorção
Oxidação dos compostos orgânicos 
arrastados pelas correntes dos efluentes 
gasosos em uma câmara de combustão, 
com temperatura em torno de 750 °C
Esse processo é bastante interessante 
economicamente, devido a um bom 
reaproveitamento da energia térmica
Chega a atingir mais de 90% de eficiência
Oxidação térmica regenerativa
Por ser um processo caro, é usada mais para 
tratamento de efluentes gasosos de fornos de 
incineração que trabalham com grandes volumes 
de rejeitos
Basicamente é usado para reduzir gases NOx, 
sendo essa reação catalisada por zeólitos, platina 
e ródio a uma temperatura entre 250 °C e 300 °C 
Com esses catalisadores, a redução chega a mais 
de 90%
Redução catalítica seletiva