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AndrAndrééa Moura Bernardesa Moura Bernardes
2013
PROCESSOS ELETROQUÍMICOS DE TRATAMENTO DE EFLUENTES VISANDO O REÚSO DE ÁGUA
Múltiplos Usos da Água
http://www.acinh.com.br/download/Presente%20Futuro%20Rio%20dos%20Sinos.pdf
Múltiplos Usos da Água
http://www.acinh.com.br/download/Presente%20Futuro%20Rio%20dos%20Sinos.pdf
Tensões e conflitos pelo uso compartilhado da água
http://www.acinh.com.br/download/Presente%20Futuro%20Rio%20dos%20Sinos.pdf
•• A qualidade das A qualidade das ááguas utilizadas para o guas utilizadas para o abastecimento pabastecimento púúblico não apresenta muitas vezes blico não apresenta muitas vezes caractercaracteríísticas compatsticas compatííveis com as necessveis com as necessáárias a rias a um uso industrial. um uso industrial.
•• Para cada uso especPara cada uso especíífico da fico da áágua devem ser gua devem ser estabelecidos parâmetros de qualidade adequados. estabelecidos parâmetros de qualidade adequados. Desta forma, um tratamento de potabilizaDesta forma, um tratamento de potabilizaçção da ão da áágua pode não ser o mais adequado para o uso em gua pode não ser o mais adequado para o uso em processos que exijam processos que exijam áágua gua desmineralizadadesmineralizada. .
•• A gestão de A gestão de ááguas mais eficiente guas mais eficiente éé aquela que aplica aquela que aplica um tratamento de um tratamento de ááguas compatguas compatíível com o uso vel com o uso subseqsubseqüüente. ente.
Variáveis de Qualidade da Água
– Variáveis Físicas– Variáveis Químicas– Variáveis Microbiológicas– Variáveis Toxicológicas
Aplicações da Água Reciclada(em função da qualidade da água reciclada )
– Irrigação paisagística– Irrigação de campos para cultivos– Usos industriais: refrigeração, alimentação de caldeiras, água de
processamento.– Recarga de aqüíferos– Usos urbanos não-potáveis: irrigação paisagística, combate ao
fogo, descarga de vasos sanitários, sistemas de ar condicionado, lavagem de veículos, lavagem de ruas e pontos de ônibus, etc.
– Finalidades ambientais: aumento de vazão em cursos de água, aplicação em pântanos, terras alagadas, indústrias de pesca.
– Usos diversos: aqüicultura, construções, controle de poeira, dessedentação de animais.
Aplicações da Água Reciclada(em função da qualidade da água reciclada )
– Irrigação paisagística– Irrigação de campos para cultivos– Usos industriais: refrigeração, alimentação de caldeiras, água de
processamento.– Recarga de aqüíferos– Usos urbanos não-potáveis: irrigação paisagística, combate ao
fogo, descarga de vasos sanitários, sistemas de ar condicionado, lavagem de veículos, lavagem de ruas e pontos de ônibus, etc.
– Finalidades ambientais: aumento de vazão em cursos de água, aplicação em pântanos, terras alagadas, indústrias de pesca.
– Usos diversos: aqüicultura, construções, controle de poeira, dessedentação de animais.
Processos de tratamento de águas e efluentes
• qualidade inicial da água/efluentes• o fim a que se destina • padrões estabelecidos na legislação.
Processos Convencionais de Tratamento
de Efluentes
Processos Convencionais de Tratamento
de Efluentes
Processos Físico-Químicos:
Coagulação/Floculação/
Sedimentação/Flotação
Processos Físico-Químicos:
Coagulação/Floculação/
Sedimentação/Flotação
Processos Biológicos:Aeróbios e Anaeróbios
Processos Biológicos:Aeróbios e Anaeróbios
LodosLodos Efluentes tratadosEfluentes tratados LodosLodos Efluentes tratadosEfluentes tratados
Qualidade para Reúso?? (COT, SD, SS, ST....)
Processos de Tratamento
de Efluentesvisando REÚSO
Processos de Tratamento
de Efluentesvisando REÚSO
Processos de Membranas
Processos de Membranas
Processos Oxidativos Avançados
Processos Oxidativos Avançados
Processos de Tratamento
de Efluentesvisando REÚSO
Processos de Tratamento
de Efluentesvisando REÚSO
Processos de Membranas
Processos de Membranas
Processos Oxidativos Avançados
Processos Oxidativos Avançados
PROCESSO FORÇA MOTRIZ RETIDO PERMEADO
Microfiltração ∆P (0,5 a 2 bar) Material em Suspensão, bactérias (M > 500000,
0,01µm)
Água e Sólidos Dissolvidos
Ultrafiltração ∆P (1 a 7 bar) Colóides, macromoléculas
(M > 2000)
Água, sais e compostos de baixa
massa molarNanofiltração ∆P (5 a 25 bar) Moléculas (300<M<2000) Água, sais e
compostos de baixa massa molar
Osmose Reversa
∆P (15 a 80 bar) Todo material solúvel ou em suspensão
Água, solvente
Diálise ∆C Substâncias com M>5000 Íons e orgânicos de baixa massa molar
Eletrodiálise ∆E Água e compostos não iônicos
Íons
PROCESSOS DE SEPARAÇÃO COM MEMBRANAS
PROCESSO FORÇA MOTRIZ RETIDO PERMEADO
Microfiltração ∆P (0,5 a 2 bar) Material em Suspensão, bactérias (M > 500000,
0,01µm)
Água e Sólidos Dissolvidos
Ultrafiltração ∆P (1 a 7 bar) Colóides, macromoléculas
(M > 2000)
Água, sais e compostos de baixa
massa molarNanofiltração ∆P (5 a 25 bar) Moléculas (300<M<2000) Água, sais e
compostos de baixa massa molar
Osmose Reversa
∆P (15 a 80 bar) Todo material solúvel ou em suspensão
Água, solvente
Diálise ∆C Substâncias com M>5000 Íons e orgânicos de baixa massa molar
Eletrodiálise ∆E Água e compostos não iônicos
Íons
PROCESSOS DE SEPARAÇÃO COM MEMBRANAS
+-
-ÂnodoCátodo
Solução concentrada
Solução diluídaÂnion
Cátion
Membrana aniônica
Membrana catiônica
Sistema de eletrodiálise
-
-+
+-
+-+
-
++
- -
++
- -
++
- -
++
- -
+
-
-+
+-
+
MEMBRANAS ÍON-SELETIVAS
• CATIÔNICA – NAFION 450 (DuPont) Grupo funcional negativo SO3-
• ANIÔNICA – SELEMION AMV (Asahi Glass) Grupo funcional positivo NH3+
CH CH2 CH2CH CH2CH CH2CH
CH2
N+R3.Cl-
CH2 CH2 CH2CH
CH2N+R3Cl-.
[(CF2 CF
CF3
CF2)m CF2]n
(OCF2 CF)p O(CF2)q SO3-H+
REGAP – MGPETROBRÁS
REÚSO
DE
ÁGUA
REFIN
ARIA
REGAP – MGPETROBRÁS
Processos de Tratamento
de Efluentesvisando REÚSO
Processos de Tratamento
de Efluentesvisando REÚSO
Processos de Membranas
Processos de Membranas
Processos Oxidativos Avançados
Processos Oxidativos Avançados
Processos Oxidativos Avançados (POAs)
• Potencial eletroquímico dos agentes oxidantes mais utilizados.
Agente Oxidante Potencial Eletroquímico (V)
Flúor 3,06Radical Hidroxila 2,80Oxigênio (atômico) 2,42Ozônio 2,08Peróxido de hidrogênio 1,78
Hipoclorito 1,49Cloro 1,36Dióxido de cloro 1,27Oxigênio (molecular) 1,23
POAs (FORMAÇÃO DO RADICAL HIDROXILA)
• Ozônio + radiação ultravioleta (O3/UV)• Ozônio e peróxido de hidrogênio, na ausência (O3/H2O2) ou presença
de radiação ultravioleta (O3/H2O2/UV), ou simplesmente utilizando-se um meio fortemente alcalino (O3/pH elevado).
• Peróxido de hidrogênio + radiação UV • Peróxido de hidrogênio e sais ferrosos (Reagente de Fenton)
• Foto-Fenton• Ultrassom (clivagem da molécula de água com formação de radicais
hidroxila) . • Fotocatálise heterogênea (TiO2/UV)• Fotoeletrooxidação (Eletrólise + Fotocatálise heterogênea)
POAs (FORMAÇÃO DO RADICAL HIDROXILA)
• Ozônio + radiação ultravioleta (O3/UV)• Ozônio e peróxido de hidrogênio, na ausência (O3/H2O2) ou presença
de radiação ultravioleta (O3/H2O2/UV), ou simplesmente utilizando-se um meio fortemente alcalino (O3/pH elevado).
• Peróxido de hidrogênio + radiação UV • Peróxido de hidrogênio e sais ferrosos (Reagente de Fenton)
• Foto-Fenton• Ultrassom (clivagem da molécula de água com formação de radicais
hidroxila) . • Fotocatálise heterogênea (TiO2/UV)• Fotoeletrooxidação (Eletrólise + Fotocatálise heterogênea)
(A)formação dos radicais hidroxilas (•OH) na superfície do eletrodo(B)oxidação dos compostos orgânicos
Bertazzoli, R.; Pelegrini, R., “Descoloração e Degradação de Poluentes Orgânicos em Soluções Aquosas através do Processo Fotoeletroquímico”, Química Nova, vol. 35, p. 477-482, 2002
Fotoeletrooxidação
Na eletrólise, a descarga das moléculas de água na superfície do ânodo forma radicais hidroxila fisicamente adsorvidos:
MOx + H2O → MOx (·OH) + H+ + e- (a)
De forma paralela, a incidência de radiação, com energia hv, sobre o óxido promove elétrons para a banda de condução, ocorrendo a formação do par elétron/lacuna:
MOx → MOx + h+ + e- (b)
A formação da lacuna positiva (h+) possibilita a descarga anódica da água:
MOx + H2O + h+ → MOx (·OH) + H+ (c)
Após a formação do radical hidroxila duas linhas são possíveis para a oxidação: direta ou gradativa
Oxidação gradativa: promoção dos óxidos a óxidos superiores (d) e oxidação de compostos orgânicos pelos óxidos superiores (e):
MOx (·OH) → MOx+1 + H+ + e- (d)
MOx+1 + R → MOx + RO (e)
Oxidação direta: radicais hidroxila oxidam diretamente compostos orgânicos
MOx (·OH) + R → MOx + m CO2 + n H2O + H+ + e- (f)
• Vantagens POAs:– Não trocam o contaminante de fase, e sim o
transformam quimicamente;– possibilidade de mineralização completa
(destruição) do contaminante.• Desvantagens POAs:
– Formação de subprodutos de reação;– podem necessitar de grande tempo de retenção;– custo elevado quando comparado, por exemplo,
aos processos biológicos.
Fotoeletrooxidação
TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS
MembranasEletrodiáliseNanofiltração
Processos Oxidativos AvançadosFotoeletrooxidaçãoEletrólise
Drenagem Ácida de MinasEfluentes de GalvanoplastiaEfluentes de CurtumeEfluentes de RefinariaEfluentes da Produção de CoqueEfluentes contaminados com FenóisEfluentes de Vinícolas Águas contaminadas com NitratosEfluentes contendo Surfactantes
TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS
MembranasEletrodiáliseNanofiltração
Processos Oxidativos AvançadosFotoeletrooxidaçãoEletrólise
Drenagem Ácida de MinasEfluentes de GalvanoplastiaEfluentes de CurtumeEfluentes de RefinariaEfluentes da Produção de CoqueEfluentes contaminados com FenóisEfluentes de Vinícolas Águas contaminadas com NitratosEfluentes contendo Surfactantes
Estudo de Caso: Tratamento de Efluentes de Curtumes
Caracterização do efluente (curtimento ao cromo)
Parâmetro Água de captação
Efluente tratado (Convencional)
Parâmetros máx. de lançamento de
efluentesDQO (mgO2.L-1) 8 150 160 - 450DBO5 (mgO2.L-1) 6 94,5 40 - 200pH 7,87 7,66 6,0 – 8,5Sólidos Totais (mg.L-1) 142 10469 50 – 200 (SST)Nitrogênio Total (mg.L-1) 7,83 - 10Nitrogênio Amoniacal
(mg.L-1)5,45 634 -
Cloretos (mg.L-1) 10,4 3990 -Fósforo (mg.L-1) 0,044 0,71 1,0Cromo total (mg.L-1) <0,01 0,47 0,5Cálcio total (mg.L-1) 9,85 207 -Magnésio total (mg.L-1) 5,40 202 -Sódio total (mg.L-1) 8,75 2850 -
Degradação da Matéria Orgânica: Fotoeletrooxidação (FEO)
Separação das espécies iônicas: Eletrodiálise - ED
TRATAMENTO PROPOSTO (POA + Membranas)TRATAMENTO PROPOSTO (POA + Membranas)
ETE FEO EDCURTUME ETE FEO EDCURTUME
TRATAMENTO PROPOSTO (Membranas)TRATAMENTO PROPOSTO (Membranas)
FEO EDFEO ED
Tratamento do efluente
ParâmetroÁgua de captação
Efluente tratado
Convencional FEO FEO + ED
DQO (mgO2.L-1) 8 150 19 19DBO5 (mgO2.L-1) 6 94,5 5 4
pH 7,87 7,66 7,58 5,48Sólidos Totais (mg.L-1) 142 10469 37 128
Nitrogênio Total (mg.L-1) 7,83 - - 4,75Nitrogênio Amoniacal
(mg.L-1)5,45 634 < 0,20 < 0,20
Cloretos (mg.L-1) 10,4 3990 3179 9,32Fósforo (mg.L-1) 0,044 0,71 0,63 0,05
Cromo total (mg.L-1) <0,01 0,47 0,57 <0,005Cálcio total (mg.L-1) 9,85 207 5,39 0,29
Magnésio total (mg.L-1) 5,40 202 152 0,08Sódio total (mg.L-1) 8,75 2850 3,54 26,5
RESULTADOS: LACOR1 HORA DE TRATAMENTO FEO/EFLUENTE CURTUME
WET BLUE – PROCESSO DE RECURTIMENTO
ETE FEO EDCURTUME ETE FEO EDCURTUME
Ensaio ProcessoPadrão
ProcessoReuso Referência
Tração (N) 198 348 mín. 150
Rasgamento (N) 43 63 mín. 36
Lastômetro (mm) 5,45 5,82 mín. 7,0
Peso Específico (g/cm3)
0,69 0,68 0,4-0,8
pH 3,9 3,8 mín. 3,5
Cinza total sulfatada (%)
2,4 2,6 máx. 3,0
Extraíveis em CH2Cl2 (%)
6,8 7,2 máx. 18%
Ensaios físico-mecânicos e químicos em Couros (IUC - IUP standards )
BERNARDES, A. M., RODRIGUES, M A S, AMADO, F D R, XAVIER, J L N, STREIT, K, FERREIRA, J Z. APPLICATION OF PHOTOELECTROCHEMICAL-ELETRODIALYSIS TREATMENT FOR THE RECOVERY AND REUSE OF WATER FROM TANNERY EFFLUENTS. Journal of Cleaner Production. , v.16, p.605 - 611, 2008.
GRACIAS!