Métodos avançados de tratamento de águas residuais
Métodos avançados de tratamento de águas residuais!
O efluente de uma instalação de tratamento secundário típica ainda contém 20-40 mg / L de DBO, o que pode ser desagradável em alguns fluxos. Os sólidos suspensos, além de contribuírem para a DBO, podem se depositar no leito e inibir certas formas de vida aquática.
O DBO, se descarregado em um fluxo com fluxo baixo, pode causar danos à vida aquática, reduzindo o conteúdo de oxigênio dissolvido. Além disso, o efluente secundário contém quantidades significativas de nutrientes vegetais e sólidos dissolvidos. Se a água residual for de origem industrial, ela também pode conter vestígios de produtos químicos orgânicos, metais pesados e outros contaminantes.
Diferentes métodos são usados no tratamento avançado de resíduos para satisfazer qualquer um dos vários objetivos específicos, que incluem a remoção de
1. Sólidos Suspensos
2. BOD
3. Nutrientes vegetais
4. sólidos dissolvidos
5. Substâncias tóxicas
Estes métodos podem ser introduzidos em qualquer fase do processo de tratamento total, como no caso de cursos de água industriais, ou podem ser utilizados para a remoção completa de poluentes após o tratamento secundário.
1. Remoção de sólidos suspensos:
Este tratamento implica a remoção dos materiais que foram transportados de um decantador de tratamento secundário. Muitos métodos foram propostos, dos quais dois métodos eram comumente usados.
Os dois métodos são micro-coloração e coagulação química seguida de sedimentação e filtração de meios mistos:
Micro coloração:
É um tipo especial de processo de filtragem que faz uso de filtros de forno de fios de aço inoxidável com poros muito finos de tamanho de 60-70 microns. Este filtro ajuda a remover partículas muito finas. Altas taxas de fluxo e baixas pressões de retorno são alcançadas
Coagulação e floculação:
O objetivo da coagulação é alterar essas partículas de modo a permitir que elas se colem umas às outras. A maioria dos colóides de interesse em tratamento de água permanece suspensa em solução porque eles têm uma carga superficial negativa que faz com que as partículas se repelem. A ação pretendida do coagulante é neutralizar essa carga, permitindo que as partículas se juntem para formar partículas maiores que podem ser mais facilmente removidas da água bruta.
O coagulante usual é alúmen [AI 2 (S0 4 ) 2 '18H 2 0], embora FeCI 3, FeS0 4 e outros coagulantes, tais como polielectrólitos, possam ser usados. Alum quando adicionado à água, o alumínio neste sal hidrolisa por reações que consomem alcalinidade na água, tais como:
Al (HO) 6 ] + 3 3HC0 3 - AI (OH) 3 (s) + 3Co 2 + 6H 2 o …………………… .. (1)
O hidróxido gelatinoso assim formado transporta consigo o material em suspensão à medida que se assenta. Íons metálicos em coagulantes também reagem com proteínas do vírus e destroem até 99% do vírus em água. Sulfato de íon anidro (III) também pode atuar como coagulante efetivo similar ao sulfato de alumínio. Uma vantagem com o sulfato de ferro (III) é que ele funciona em uma ampla faixa de pH.
Filtração:
Se formada adequadamente, a adição de produtos químicos para promover a coagulação e a floculação pode remover os sólidos suspensos e coloidais. Depois que os floes são formados, a solução é conduzida a um tanque de decantação onde as banquisas são deixadas assentar.
Enquanto a maior parte do material floculado é removida no tanque de decantação, algumas placas não se depositam. Esses blocos são removidos pelo processo de filtração, que geralmente é realizado usando leitos de meios porosos, como areia ou carvão. A tendência atual é usar um filtro de mídia mista que consiste em granada fina na camada inferior, areia de sílica na camada intermediária e carvão grosso na camada superior que reduz o entupimento.
Ultrafiltração:
uma. Filtra seletivamente apenas moléculas de tamanho e peso especificados.
b. Remove, por exemplo, vários vírus.
c. Usado para esterilização, clarificação, tratamento de águas residuais.
d. Tamanho da membrana 1 - 0, 01 µm. é usado
Este é um processo de filtragem dinâmica com predominância de fenômenos físicos (mecânicos) nos quais os fenômenos químicos também estão envolvidos. As membranas utilizadas, poliméricas ou minerais, permitem a passagem de sais dissolvidos enquanto rejeitam seletivamente altos pesos moleculares.
A seletividade depende da estrutura da membrana e é definida como o limite de peso molecular, que a membrana pode separar com uma eficiência de 90% (embora essa definição possa não ser rigorosa dependendo da forma molecular)
As membranas comerciais aplicadas em ultra filtração podem separar substâncias com um peso molecular entre 1.000 e 10.000. Os sistemas de filtragem ultra geralmente trabalham em uma faixa de pressão entre 1, 5 e 7 bar. Com águas de descarga industrial, os fluxos de permeado geralmente flutuam entre 0, 5 e 1 m 5 / h / m 2 de superfície, dependendo da concentração das substâncias a serem separadas. com consumos de energia que variam entre 2 e 20 kWh por m3 de permeado. O processo ultra-filtrante de passagem única é o processo mais simples e comumente utilizado para tratamento de água, pois permite a recuperação de altas porcentagens de permeado (aproximadamente 90-95%).
Tem havido uma aplicação relativamente recente desta técnica no setor de acabamento de metais para a recuperação de banhos desengordurantes (o primeiro banho de limpeza em processos de acabamento de metal, para peças que ainda estão sujas com substâncias lubrificantes).
A solução a ser tratada passa através da membrana a uma certa velocidade e sob pressão hidrostática, obtendo uma fração concentrada de óleos e graxas para descarte, enquanto o filtrado é recuperado e reutilizado para preparar novos banhos.
Nano Filtration:
A técnica de nanofiltração é usada principalmente para a remoção de dois íons avaliados e os maiores mono-valorizados, como metais pesados. Esta técnica pode ser vista como uma membrana grosseira de RO (osmose reversa). Como a nanofiltração usa membranas menos finas, a pressão de alimentação do sistema NF é geralmente menor em comparação aos sistemas RO. Além disso, a taxa de incrustação é menor em comparação com os sistemas Ro.
2. Remoção de Sólidos Dissolvidos:
Os sólidos dissolvidos são de tipos orgânicos e inorgânicos. Vários métodos foram investigados para a remoção de constituintes inorgânicos da água residual.
Três métodos que estão encontrando ampla aplicação no tratamento avançado de resíduos são a troca iônica, a eletrodiálise e a osmose reversa. Para a remoção de orgânicos solúveis das águas residuais, o método mais comumente usado é a adsorção no carvão ativado. A extração de solventes também é usada para recuperar certos produtos químicos orgânicos como fenol e d aminas de águas residuais industriais.
Troca iônica:
Esta técnica tem sido usada extensivamente para remover a dureza e os sais de ferro e manganês no abastecimento de água potável. Ele também tem sido usado seletivamente para remover impurezas específicas e recuperar metais traços valiosos como cromo, níquel, cobre, chumbo e cádmio de descargas de resíduos industriais. O processo aproveita a capacidade de certos materiais naturais e sintéticos para trocar um de seus íons.
Um número de minerais que ocorrem naturalmente tem propriedades de troca iônica. Entre eles, os mais notáveis são os minerais de silicato de alumínio, chamados zeólitos. Os zeólitos sintéticos foram preparados utilizando soluções de silicato de sódio e aluminato de sódio.
Alternativamente resinas de troca iônica sintéticas compostas de polímero orgânico com grupos funcionais ligados tais como (resinas de troca catiônica fortemente ácidas), ou - COO-3-SO H + H + (resinas de troca catiônica fracamente ácidas ou -N + (CH 3 ) 3 OH ~ (resinas de permuta aniónica fortemente básicas) podem ser usadas.
No processo de amaciamento da água, os elementos produtores de dureza, como cálcio e magnésio, são substituídos por íons de sódio. Uma resina de permuta catiónica na forma de sódio é normalmente utilizada. A capacidade de amortecimento de água da troca de cátions pode ser vista quando o íon de sódio na resina é trocado por íon cálcio em solução
Osmose Inversa:
No processo de osmose reversa, a água de desmineralização é produzida forçando a água através de membranas semi-permeáveis a alta pressão. Na osmose ordinária, se um recipiente é dividido por uma membrana semipermeável (uma que é permeável à água mas não ao material dissolvido), e um compartimento é preenchido com água e outro com solução salina concentrada, água difundida através da membrana para o compartimento contendo solução salina até que a diferença nos níveis de água nos dois lados da membrana crie uma pressão suficiente para neutralizar o fluxo de água original. A diferença nos níveis representa a pressão osmótica da solução.
O tratamento de efluentes industriais, utilizando osmose reversa, pode ser aplicado nos seguintes setores principais:
uma. Tratamento de fluxos de saída contendo corantes com a sua possível recuperação.
b. Tratamento de efluentes contendo emulsões oleosas, látex e tintas eletroforéticas.
c. Tratamento de efluentes da indústria de acabamento de metais com recuperação de soluções concentradas de sais metálicos e reutilização da água na limpeza
d. Tratamento de águas residuais de produtos químicos orgânicos, em indústrias químicas e farmacêuticas orgânicas
A aplicação de osmose reversa para tratamento de águas residuais é significativamente diferente da purificação de água em geral. Isto deve-se principalmente ao facto de as águas residuais geralmente conterem níveis mais elevados e uma gama mais diversificada de contaminantes. Além disso, as águas residuais industriais apresentam um alto grau de variabilidade. As águas residuais variam de indústria para indústria e podem mudar com a operação de hora a hora em qualquer planta individual.
O fator mais importante no tratamento de efluentes industriais com RO é a incrustação orgânica, incrustações minerais e degradação química. Antes que a RO deva ser considerada, um balanço completo de cátion / ânion é necessário e possíveis floculantes devem ser identificados.
Potenciais inorgânicos sujeiras e selantes de membranas de RO incluem cálcio, ferro, alumínio e outros metais pesados insolúveis. Possíveis contaminantes orgânicos incluem surfactantes, corpos coloridos, floculantes e bactérias. Níveis elevados de DBO e DQO também podem contribuir para a incrustação da membrana.
Uma ampla gama de tecnologias de pré-tratamento está disponível. Especificamente no acabamento de metais, placas de circuitos impressos e indústrias de microeletrônica, as águas de enxágue de operações de fabricação são normalmente tratadas para remover metais pesados e depois descarregadas no esgoto.
O efluente descarregado no esgoto contém tipicamente entre 200 a 10.000 partes por milhão (ppm) de sólidos totais dissolvidos (TDS). Com a tecnologia adequada de pré-tratamento seguida pela RO, esse efluente pode ser tratado e reciclado. O tratamento de troca iônica da água do produto RO pode polir ainda mais a água e torná-la adequada para todas as lavagens.
Para projetar um sistema bem sucedido e de custo efetivo, é necessário avaliar cada aplicação individual porque o pH, o potencial de oxidação e a concentração de sais solúveis dos efluentes de águas residuais freqüentemente excedem os limites operacionais dos sistemas de OR. Depois que a avaliação detalhada das águas residuais estiver completa, é necessário determinar a química ótima de pré-condicionamento e selecionar a melhor tecnologia de pré-tratamento para a aplicação.
O processo de osmose reversa gera alta rejeição de fluxo de resíduos de TDS. Aproximadamente 25-40% do rejeito de resíduos com alta concentração de TDS será gerado a partir da água de alimentação. Esse resíduo precisa ser evaporado em sistemas de evaporação forçada para concentrar e remover as impurezas orgânicas do mesmo.
3. Evaporação Térmica :
A evaporação pode assumir a forma de destilação a vácuo, evaporação atmosférica e evaporação térmica. A destilação a vácuo é realizada desenhando um vácuo em uma câmara e evaporando a água a temperaturas reduzidas, tipicamente na faixa de 90-150 graus Fahrenheit. Essa tecnologia é caracterizada por baixo custo de energia, requisitos de mão de obra moderada a alta e custo de capital muito alto.
A evaporação atmosférica envolve pulverizar as águas residuais através de um meio de alta área superficial e soprar grandes volumes de ar através do meio. Este tipo de evaporação é caracterizado por um custo energético moderado, custo de capital moderado, altas necessidades de mão-de-obra devido à tendência de incrustação e produção reduzida causada por mudanças nas condições atmosféricas.
A evaporao / destilao tmica realizada por aquecimento da ua residual a uma temperatura de ebulio e evaporao da corrente de desperdio a diversas taxas com base na quantidade de entrada de energia (BTU) no sistema. Este tipo de evaporação é caracterizado por custos de energia moderados a altos, baixos requisitos de mão de obra, custo de capital moderado, alta flexibilidade e alta confiabilidade. Este sistema tem a capacidade de esgotar a água como vapor de água limpa ou recuperar água como água destilada.
As vantagens da Evaporação Térmica sobre o Tratamento Químico são as seguintes:
Descarga Zero:
A evaporação elimina completamente o efluente de descarga. Isso elimina a prestação de contas à sua diretoria de controle de poluição, bem como o incômodo e as despesas associadas a possíveis violações de descarga.
Solução total:
O tratamento químico não aborda completamente parâmetros como óleos emulsificados, Demanda Química de Oxigênio (COD), Demanda Biológica de Oxigênio (BOD) ou sólidos dissolvidos em águas residuais de descarga. Isso se torna mais importante a cada ano, à medida que os limites de descarga do controle de poluição se tornam cada vez mais rigorosos.
Menor custo de descarte:
Devido à adição de química, o volume de lama a ser gerado será maior para o tratamento químico em comparação com a evaporação, o que tipicamente não requer a adição de química. Isso se traduz em menor responsabilidade de descarte e custo de evaporação.
4. Remoção de Compostos Orgânicos Dissolvidos:
Uma das técnicas mais comumente utilizadas para a remoção de orgânicos envolve o processo de adsorção, que é a adesão física de produtos químicos à superfície do sólido. A eficácia do adsorvente está diretamente relacionada à quantidade de área de superfície disponível para atrair as partículas de contaminantes.
O adsorvente mais comumente usado é uma matriz muito porosa de carvão ativado granular, que possui uma enorme área superficial (~ 1000 m 2 / g). A adsorção em carvão ativado é talvez o método mais econômico e tecnicamente atrativo disponível para a remoção de compostos orgânicos solúveis, como fenóis, hidrocarbonetos clorados, surfactantes e substâncias produtoras de cor e odor a partir de águas residuais.
Os sistemas de tratamento de carvão ativado granular consistem em uma série de grandes vasos parcialmente preenchidos com adsorvente. A água contaminada entra no topo de cada vaso, escorre através de carvão ativado granulado e é liberada na parte inferior.
Após um período de tempo, o filtro de carbono fica entupido com contaminantes adsorvidos e deve ser substituído ou regenerado. A regeneração do carbono é realizada aquecendo-o a 950 ° C em uma atmosfera de ar a vapor. Este processo oxida a superfície, com uma perda de aproximadamente 10% de carbono (Tabela 9.3).
Os poleros orgicos sinticos, tais como Amberlite XAD-4, t superfies hidroficas e s bastante eis na remoo de compostos orgicos relativamente insoleis, tais como pesticidas clorados. Estes absorventes são prontamente regenerados por solventes como isopropanol e acetona.
