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Prof. Dr. Marco Antônio Siqueira Rodrigues Instituto de Ciências Exatas e Tecnológicas Departamento de Engenharia Química

Eletrodiálise Aplicada ao Tratamento de Efluentes

Eletrodiálise

O princípio básico da eletrodiálise consiste em transformar uma solução aquosa em duas: uma mais concentrada em eletrólitos do que a original e a outra mais diluída.

Membrana íon-seletiva

São Ionômeros que apresentam grupos funcionais positivos (aniônica) ou negativos (catiônica) ligados quimicamente a matriz polimérica.

Membrana Aniônica

40 Ao

50 Ao

10 AoSO3-

SO3-

SO3-

SO3-

SO3-

SO3-

SO3-

SO3-

SO3-

SO3-

SO3-

SO3-

SO3-

SO3-

SO3-

SO3-

SO3-

SO3-

SO3-

Modelo da Rede de Transporte de íons “Clusters” Nafion

Espaçadores

ü  Formação dos compartimentos ü  Diminuir a Polarização por Concentração

Espaçadores tipo fluxo turbulento e fluxo laminar

Desenho esquemático do módulo de membranas mostrando o fluxo turbulento causado pelas irregularidades do espaçador

Sistema de Eletrodiálise

+

Cátions Ânions Membrana Catiônica

Membrana Aniônica

Sol. diluída

Solução concentrada

Alimentação

Ø  Remoção de Nitrato, Nitrito e Flúor de águas Subterrâneas para Abastecimento Público Ø Tratamento de Efluente Industrial para Reuso Industrial da água Ø  Purificação da Glicerina oriundo do Biodiesel

Ø  Recuperação de Níquel de Efluentes de Galvanoplastia

Ø  Tratamento de Drenagem Ácida de Minas

APLICAÇÕES DA ELETRODIÁLISE

RECUPERAÇÃO HIDROMETALÚRGICA DE METAIS E ÁCIDO SULFÚRICO DA DRENAGEM ÁCIDA DE MINAS

Edital MCT/CT-Mineral/CNPq Chamada 1: Pesquisa, Desenvolvimento Tecnológico e Inovação aplicados ao desenvolvimento de tecnologias inovadoras de disposição de rejeitos, para o tratamento de efluentes e prevenção e tratamento de drenagem ácida de minas (DAM) apropriadas para a produção mais limpa.

Coordenador Geral da Rede: Prof. Dr. Ivo André Homrich Schneider 1. Universidade Federal do Rio Grande do Sul 2. Universidade FEEVALE 3. Universidade de São Paulo 4. Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 5. Sindicato da Indústria de Extração de Carvão de Santa Catarina 6. Associação Beneficente da Indústria Carbonífera de Santa Catarina

Os recursos identificados de carvão mineral no Brasil estão na ordem de 32 bilhões de

toneladas, localizados na Região Sul do país, nos Estados do Rio Grande do Sul, Santa Catarina

e Paraná. Os locais de maior exploração são Candiota (RS), região do Baixo Jacuí (RS) e Região

Carbonífera do Sul Catarinense (SC).

Os impactos ambientais do carvão decorrem da sua mineração e combustão. Um dos aspectos mais

críticos diz respeito aos rejeitos do beneficiamento. Os rejeitos são depositados em pilhas e, por

serem ricos em pirita (FeS2), geram a drenagem ácida de minas (DAM).

Os impactos da DAM sobre os recursos hídricos são manifestados tanto pelas alterações na

qualidade da água quanto na integridade da fauna e flora.

Pontos de Coleta das Amostras

Collection point of AMD MA – percolation of Waste Module A.

Collection point of AMD MB – percolation of Waste Module B

AMD LX – underground drainage of Waste Module B

pluvial drainage of all carboniferous area

AMD BA – adduction of a basin

AMD CB – abandoned coal bank

Parameters Samples

AMD MA AMD MB AMD LX AMD PL AMD BA AMD CB AMD LX 2 pH 2.55 2.48 2.90 2.80 2.98 2.84 4.49

Conductivity (µS . cm-1) 7,100 8,050 9,970 4,490 4,200 1,155 15,300

Cat

ions

(m

g . L

-1)

Na+ 453.70 385.35 414.00 296.06 220.85 1,059.00 1,792.23

K+ 1241.38 105.88 143.01 20.03 64.87 64.07 452.41

Mg2+ 137.97 155.11 199.27 70.94 67.24 19.24 46.86

Ca2+ 310.52 257.99 232.33 230.38 238.84 143.07 N.D.

Fe3+ 1,473.00 2,088.00 N.D. 80.05 1377.65 0.55 N.D.

Zn2+ 5.31 2.54 24.61 1.45 0.42 0.56 9.62

Mn2+ 23.15 33.25 50.36 8.89 0.01 1.12 29.59

Fe2+ N.D. N.D. 2822.00 N.D. 39.73 0.28 N.D.

Ani

ons

(mg

. L-1

) F- N.D. N.D. N.D. 9.06 N.D. N.D. N.D.

Cl- 310.04 283.63 293.60 193.79 291.53 69.76 46.66

NO3- N.D. N.D. 347.78 24.28 N.D. 143.07 N.D.

SO42- 7,337.00 7,862.04 6,299.76 1,569.70 3,521.98 518.28 7,398.53

N.D. – not detected.

Caracterização

Determinação da corrente limite

anionic membrane – AMD PL cationic membrane – AMD PL

anionic membrane – AMD BA cationic membrane – AMD BA

Concentração (mg . L-1)

Na+ K+ Mg2+ Ca2+ Fe3+ Zn2+ Mn2+ Fe2+ F- Cl- NO3- SO4

2-

AMD PL

Initial 296.06 20.03 70.94 230.38 80.05 1.45 8.89 N.D.

9.06 193.79 24.28 1,569.70

Após 55h 2.65 N.D. N.D. N.D. 0.33 N.D. N.D. N.D. 0.22 0.37 0.24 26.33

Extração (%) 99.11 100.00 100.00 100.00 99.59 100.00 100.00 -- 97.53 99.81 99.03 98.32

AMD CB

Initial 1,059.00 64.07 19.24 143.07 0.55 0.56 1.12 0.28 N.D. 69.76 143.07 518.28

Após 24h 0.04 0.08 0.02 0.04 N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. 0.41 N.D. 0.26

Extração (%)

99.99 99.88 99.90 99.97 100.00 100.00 100.00 100.00 -- 99.41 100.00 99.95

AMD LX 2

Initial 1,792.23 452.41 46.86 N.D. N.D. 9.62 29.59 N.D. N.D. 46.66 N.D. 7,398.53

Após 72h 23.74 N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. 37.89

Extração (%) 98.68 100.00 100.00 -- -- 100.00 100.00 -- -- 100.00 -- 99.49

- ED pode ser aplicada para tratar DAM e fornece uma água tratada com baixa concentração iônica. A qual pode ser lançada em corpos hídricos. - As membranas não foram danificadas pela DAM.

- A extração de íons sulfato foi de 99 %.

Conclusão

ELETRODIÁLISE APLICADA AO TRATAMENTO DE EFLUENTE DE ELETRODEPOSIÇÃO DE NÍQUEL

TECNOIMPIANTI WATER TREATMENT SRL

VIA S. D'ACQUISTO 16/B 20060 POZZUOLO MARTESANA MILANO -ITALIA

Objetivo:

•  Verificar a eficiência do processo de eletrodiálise no tratamento do efluente de níquel de galvanoplastia.

•  Analisar se os aditivos orgânicos do banho podem afetar o

processo de tratamento.

•  Precipitação de Níquel sobre as membranas

Diagrama construído no programa Hydra-Medusa para um efluente sintético de níquel.

Sistema  para  Efluente  Real      

-­‐       No   compar5mento   central   são   tratados   5L   de   Efluente   cedido   pela   empresa  (Efluente  Real)  

-­‐  Conectadas  ao  sistema,  5  bombas  promovem  a  circulação  das  soluções  (Q=0,08m³/h).  

-­‐  densidade  de  corrente  aplicada  foi  de  i=2,8mA/cm².  -­‐  Potencial  da  célula:  variou  entre  8,1  e  17,4  V.    -­‐      Duração  do  Ensaio:  247h  

Antes  do  tratamento.   Depois  do  tratamento.  

Sistema para Efluente Real •  Precipitação verificada na membrana catiônica (35h de ensaio) e,

posteriormente, em maior quantidade, na membrana aniônica em frente ao cátodo (147h de ensaio) => aumento do potencial.

•  Quando do precipitado, adição de H2SO4 para reduzir o pH, visando solubilização. =>aumento da condutividade das soluções.

CÁTO

DO   ÂN

ODO

Sistema  para  Efluente  Real  –  ED1  Análises – Cromatografia iônica

0  

500  

1000  

1500  

2000  

2500  

3000  

3500  

4000  

4500  

5000  

0,00   1,00   247,30  

[Ni]  (m

g/L)  

Tempo  de  ensaio  (h)  

[Ni]  -­‐  Compar8mento  Diluído-­‐  

0  

500  

1000  

1500  

2000  

2500  

0,00   1,00   12,50   51,10   66,50   68,70   247,30  

[Ni]  (m

g/L)  

Tempo  de  ensaio  (h)  

Ni  no  compar8mento  Concentrado  de  Cá8ons    

0  

0,5  

1  

1,5  

2  

2,5  

3  

3,5  

4  

0,00   50,00   100,00   150,00   200,00   250,00   300,00  

[Ni]  (m

g/L)  

Tempo  de  ensaio  (h)  

[Ni]  Anodo  

Conclusões

•  O transporte de Ni para o compartimento anodo está relacionado a formação de íons negativamente carregados (como boratos e ânions componentes dos aditivos orgânicos), formando complexos negativos que passaram pela membrana aniônica.

•  O controle de pH deve ser efetivo para evitar a formação de precipitado sobre a membrana. Entretanto, o aumento na concentração de íons H+ ocasiona uma diminuição da eficiência de corrente devido ao maior transporte do H+ frente ao Ní.

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Nos Encontramos em Porto Alegre!!!!