Tratamento de resíduos perigosos (HWT): tecnologias, métodos de tratamento físico e químico

Tratamento de resíduos perigosos (HWT): tecnologias, métodos de tratamento físico e químico!

Tecnologias de tratamento de resíduos perigosos:

Mesmo após um programa vigoroso de redução de resíduos perigosos, ainda haverá grandes quantidades de resíduos perigosos que exigirão tratamento e descarte.

As tecnologias de tratamento foram categorizadas como físicas, químicas, biológicas, térmicas ou de estabilização / fixação.

Processos de tratamento físico incluem separação por gravidade, sistemas de mudança de fase, tais como decapagem de voláteis a partir de resíduos líquidos, e várias operações de filtragem, incluindo adsorção de carbono.

O tratamento químico transforma os resíduos em substâncias menos perigosas usando técnicas como a neutralização do pH, oxidação ou redução e precipitação. O tratamento biológico utiliza microorganismos para degradar compostos orgânicos no fluxo de resíduos.

Os processos de destruição térmica incluem a incineração, que é cada vez mais uma opção preferida para o tratamento de resíduos perigosos, e a pirólise, que é a decomposição química de resíduos, é provocada pelo aquecimento do material na ausência de oxigênio.

Técnicas de estabilização envolvem a remoção do excesso de água de um resíduo e solidificação do restante, seja misturando-o com um agente estabilizador, como o cimento Portland, ou vitrificando-o a uma substância vítrea.

A maioria das medidas de tratamento tem aspectos físicos e químicos. A tecnologia de tratamento apropriada para os resíduos perigosos depende da natureza dos resíduos. O tipo de tratamento físico a ser aplicado aos resíduos depende fortemente das propriedades físicas do material tratado, incluindo o estado da matéria, solubilidade em água e solventes orgânicos, densidade, volatilidade, ponto de ebulição e ponto de fusão.

Métodos de tratamento físico:

Vários métodos de tratamento físico adotados na indústria são: adsorção, adsorção de resina, sedimentação, eletro diálise, osmose reversa, extração por solventes, destilação, evaporação e filtração.

Adsorção:

A adsorção no carvão ativado ocorre quando uma molécula é levada até sua superfície e mantida ali por forças físicas e / ou químicas. Esse processo é reversível, permitindo que o carbono ativado seja regenerado e reutilizado pela aplicação adequada de calor e vapor, ou solvente.

Os fatores relacionados à capacidade de adsorção são:

uma. Maior área de superfície produz maior capacidade de adsorção [por exemplo: carbono ativado tem grande área de superfície (500-1500 m ² / g)]

b. A adsortividade aumenta à medida que a solubilidade do soluto (em solvente) diminui. Assim, para hidrocarbonetos, a adsorção aumenta com o peso molecular

c. Para solutos com grupos ionizáveis, a adsorção máxima será alcançada em um pH correspondente à mínima ionização.

d. A capacidade de adsorção diminui com o aumento da temperatura.

Um ponto adicional a ser observado é que a atividade biológica geralmente ocorre em um leito de carbono. Se a concentração das espécies adsorvidas é suficientemente alta e o material é biodegradável e não é tóxico para as bactérias, então a atividade biológica pode aumentar significativamente a capacidade efetiva de remoção. A remoção por adsorção por carvão ativado foi aplicada a fluxos residuais não aquosos, como frações de petróleo, xaropes, óleos vegetais e preparações farmacêuticas. Remoção de cor é o objetivo mais comum em tais casos. As aplicações atuais de tratamento de resíduos são limitadas a soluções aquosas.

Adsorção de resina:

O tratamento de resíduos por resina envolve dois passos básicos:

1. Contatar o efluente líquido com resina e permitir que a resina absorva os solutos da solução; e

2. Subsequentemente regenera as resinas removendo os produtos químicos adsorvidos, lavando simplesmente com solvente apropriado.

A adsorção de uma molécula não polar a uma resina hidrofóbica (por exemplo, resina à base de estireno e divinil-benzeno) resulta principalmente do efeito das forças de Vander Waal. Em outros casos, outros tipos de interação, como interação dipolo-dipolo e ligação de hidrogênio, são importantes. Em alguns casos, o mecanismo de troca iônica pode estar envolvido. Para a remoção de resíduos de corantes orgânicos da água, duas resinas diferentes foram empregadas: Neste caso, a corrente residual é primeiramente colocada em contato com um adsorvente polimérico normal e depois com uma resina de troca iônica.

Sedimentação:

Sedimentação é um processo físico pelo qual partículas suspensas em um líquido se assentam por meio da gravidade.

Os elementos fundamentais da maioria dos processos de sedimentação são:

uma. Uma bacia ou recipiente de tamanho suficiente para manter o líquido a ser tratado em um estado relativamente inativo por um período de tempo especificado

b. Um meio de dirigir o líquido a ser tratado para a bacia acima de uma forma conducente à sedimentação.

c. Um meio de remover fisicamente as partículas sedimentadas do líquido.

A sedimentação pode ser um lote ou um processo contínuo. Processos contínuos são de longe os mais comuns, particularmente quando grandes volumes de líquidos são tratados. Esta técnica tem sido amplamente utilizada na remoção de metais pesados ​​das águas residuais da indústria de ferro e aço; remoção de flúor de águas residuais de produção de alumínio; e remoção de metais pesados ​​das águas residuais da fundição de cobre e da indústria de acabamento de metais e fluxo de águas residuais de produtos químicos orgânicos.

Eletro-diálise:

A eletro-diálise envolve a separação de uma corrente aquosa (mais concentrada no eletrólito do que a original) e uma corrente esgotada. O sucesso do processo depende de membranas sintéticas especiais, geralmente baseadas em resinas de troca iônica, que são permeáveis ​​apenas a um único tipo de íon. As membranas permutadoras de catiões permitem a passagem apenas de iões positivos, sob a influência do campo eléctrico, enquanto as membranas de permuta aniónica permitem a passagem apenas de iões carregados negativamente.

A água de alimentação é passada através de compartimentos formados pelos espaços entre as membranas permeáveis ​​a catiões e permeáveis ​​aos aniões alternadas, mantidas numa pilha. Em cada extremidade da pilha há um eletrodo com a mesma área das membranas. Um potencial CC aplicado ao longo da pilha faz com que os íons positivos e negativos migrem em direções opostas.

Esta técnica tem sido usada para a dessalinização para produzir água potável a partir de água de poço salobra. Na indústria alimentar, a electrodiálise é utilizada para dessalinizar o soro do leite. A indústria química usa essa técnica para enriquecer ou esgotar soluções e para remover constituintes minerais dos fluxos de produtos.

Osmose Inversa:

Esta técnica que é mais amplamente utilizada consiste de uma membrana permeável ao solvente, mas impermeável à maioria das espécies dissolvidas, tanto orgânicas quanto inorgânicas. Esses dispositivos usam pressão para forçar a água contaminada contra a membrana semipermeável. A membrana atua como um filtro, permitindo que a água seja empurrada através dos poros, mas restringindo a passagem de moléculas maiores que devem ser removidas.

As membranas de acetato de celulose foram usadas no passado, mas atualmente as polissulfonas e poliamidas são cada vez mais populares para uso em altos valores de pH. Devido à susceptibilidade das membranas ao ataque químico e incrustações, e à susceptibilidade do sistema de fluxo a entupimento e erosão, é comum pré-processar a água de alimentação para remover materiais oxidantes. A técnica de osmose reversa tem sido amplamente utilizada para a dessalinização de água salgada ou salobra.

Também tem sido utilizado com sucesso no tratamento de águas de galvanoplastia, não apenas para atender aos padrões de descarga de efluentes, mas também para recuperar soluções concentradas de sal metálico para reutilização. Ele também tem sido usado para tratamento de fluxo de resíduos das indústrias de papel e processamento de alimentos.

Extração de solvente:

Extração de solvente é a separação dos constituintes de uma solução líquida por contato com outro líquido imiscível. Se as substâncias que compõem a solução original se distribuírem diferentemente entre as duas fases líquidas, um certo grau de separação resultará e isto poderá ser melhorado pelo uso de múltiplos contatos. A principal aplicação da extração por solventes para o tratamento de resíduos tem sido a remoção do fenol da água subprodutiva produzida na coqueificação de carvão, refino de petróleo e síntese química que envolvem o fenol.

O uso de fluidos supercríticos (SCFs) mais comumente C0 ₂ como solvente de extração, tem sido uma das abordagens mais promissoras para a extração de solventes. Os SCFs são fluidos existentes na ou acima da temperatura mais baixa na qual a condensação pode ocorrer. Acima da temperatura crítica, certos fluidos exibem características que melhoram suas propriedades solventes.

Os materiais orgânicos, que são apenas ligeiramente solúveis em determinados solventes à temperatura ambiente, tornam-se completamente miscíveis com o solvente quando sob condições supercríticas. As excelentes propriedades do solvente resultam da rápida capacidade de transferência de massa e da densidade muito baixa que caracteriza um SCF. As principais vantagens dos SCFs são tempos curtos de permanência sem formação de char.

Algumas das aplicações importantes desses SCFs têm sido na extração de pesticida de halogeneto de órgãos do solo, extração de óleo de emulsões usadas no processamento de alumínio e aço e regeneração de carvão ativado usado. O etano supercrítico tem sido usado para purificar óleos usados ​​contaminados com PCBs, metais e água.

Destilação:

A destilação é dispendiosa e consome muita energia e pode, provavelmente, ser justificada apenas nos casos em que a recuperação valiosa do produto é viável (por exemplo, recuperação de solvente). Esta técnica tem aplicação limitada no tratamento de resíduos perigosos aquosos diluídos.

Evaporação:

O processo de evaporação é utilizado para o tratamento de resíduos perigosos, como líquidos e lamas radioactivos, e para a concentração de resíduos de revestimento e tinta, entre muitas outras aplicações. É capaz de lidar com líquidos, lamas e por vezes lamas, tanto orgânicas como inorgânicas, contendo sólidos em suspensão ou dissolvidos ou líquidos dissolvidos, em que um dos componentes é essencialmente não volátil. Pode ser usado para reduzir o volume de resíduos antes do descarte de aterro ou incineração.

As principais desvantagens da evaporação são os altos custos operacionais e de capital e os altos requisitos de energia. Este processo é mais adaptável às águas residuais com altas concentrações de poluentes.

Filtração:

A filtração é um processo econômico bem desenvolvido, usado no tratamento em escala real de muitas águas residuais industriais e lodos residuais. Os requisitos de energia são relativamente baixos e os parâmetros operacionais são bem definidos. No entanto, não é um processo de tratamento primário e é frequentemente usado em conjunto com precipitação, floculação e sedimentação para remover esses sólidos.

Floculação:

Os vários fenômenos que ocorrem durante a floculação podem ser agrupados em dois mecanismos sequenciais. Desestabilização quimicamente induzida de forças relacionadas à superfície repulsiva, permitindo assim que partículas colem quando tocam e ligação química e enredamento físico entre as partículas não repelentes, permitindo a formação de partículas grandes.

Os produtos químicos usados ​​para floculação incluem alúmen, cal, cloreto férrico, sulfato ferroso e poli eletrólitos. Os eletrólitos poliméricos consistem em polímeros solúveis em água de cadeia longa, como as poliacrilamidas. São utilizados em conjunto com floculantes inorgânicos ou como agente floculante primário. Os floculantes inorgânicos, tais como alúmen, após mistura com água, o pH ligeiramente mais elevado da água faz com que se hidrolisem para formar precipitados gelatinosos de hidróxido de alumínio.

É parcialmente por causa de sua grande área de superfície, eles são capazes de enredar pequenas partículas e, assim, criar partículas maiores. Uma vez que partículas suspensas tenham sido floculadas em partículas maiores, elas geralmente podem ser removidas do líquido por sedimentação, desde que exista uma diferença de densidade suficiente entre a matéria suspensa e o líquido.

Métodos de Tratamento Químico:

O tratamento químico de resíduos nos ajudará a transformar resíduos altamente perigosos em menos perigosos. O tratamento químico também nos ajuda a recuperar bi-produtos valiosos de resíduos perigosos, reduzindo assim os custos gerais da eliminação de resíduos. Assim, opções de tratamento químico devem ser adotadas antes da consideração das opções de aterro.

Diferentes processos de tratamento químico adotados nas indústrias de gerenciamento de resíduos perigosos são: solubilidade, neutralização, precipitação, coagulação e floculação, oxidação e redução, método de troca iônica

Solubilidade:

Resíduos perigosos podem ser orgânicos e inorgânicos contendo vários elementos químicos e com várias configurações estruturais. A água, conhecida como o solvente universal, dissolverá muitas dessas substâncias, enquanto outras têm uma solubilidade em água limitada. A solubilidade de vários sais inorgânicos e orgânicos é utilizada como um meio de tratamento de resíduos perigosos quando as instalações de tratamento de águas residuais estão disponíveis e as opções de aterro são limitadas

Neutralização:

A neutralização de correntes ácidas e alcalinas é um exemplo do uso de tratamento químico para mitigar resíduos caracterizados como corrosivos. A neutralização de um ácido ou base é facilmente determinada medindo o seu pH. Reações baseadas em ácido são o processo químico mais comumente usado no tratamento de resíduos perigosos. A neutralização antes do aterro será necessária para que as inter reações sejam evitadas no aterro. Como o processo de neutralização é exotérmico na natureza, se a pré-neutralização não ocorreu, a temperatura das camadas de aterro aumenta e, portanto, os revestimentos são danificados.

Precipitação:

Muitas vezes metais pesados ​​indesejáveis ​​estão presentes em resíduos líquidos e sólidos que estão na forma de lama. Precipitação simples. O método usual de remoção de metais pesados ​​orgânicos é a precipitação química. Os metais precipitam em diferentes níveis de pH, dependendo do íon metálico, resultando na formação de um sal insolúvel. Assim, a neutralização de um fluxo de resíduos ácidos pode causar a precipitação de metais pesados. Os hidróxidos de metais pesados ​​são usualmente insolúveis, pelo que a cal ou a substância cáustica são vulgarmente utilizados para os precipitar.

Coagulação e floculação:

A precipitação é melhorada pela adição de coagulantes. O coagulante mais utilizado é o alúmen. Muitos eletrólitos poli são usados ​​como coagulantes. Esses coagulantes neutralizam a carga de coloides em condições suspensas, permitindo que eles se instalem rapidamente.

Oxidação e Redução:

Os processos químicos de oxidação e redução podem ser usados ​​para converter poluentes tóxicos em substâncias inócuas ou menos tóxicas. Resíduos de metais pesados ​​são submetidos a processos de redução para precipitar compostos mais seguros de metais pesados. Exemplo é que o cromo hexavalente é precipitado em hidróxido crômico trivalente. Similarmente, a cloração alcalina do cianeto neutraliza os resíduos altamente tóxicos de cianeto.

Métodos de troca iônica:

A troca iônica é uma troca reversível de íons entre as fases líquida e sólida. Íons mantidos por forças eletrostáticas em grupos funcionais carregados na superfície de sólidos insolúveis são substituídos por íons de carga similar em uma solução. A troca iônica é a remoção estequiométrica, reversível e seletiva de espécies iônicas dissolvidas.