TRATAMENTOS BIOLÓGICOS DIGESTÃO ANAERÓBICA
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ZONAS DE DECANTAÇÃO PROCESSO FÍSICO QUÍMICO (DENSADEG) FLOTADOR A AR DISSOLVIDO (DAF) TIPOS DE COAGULANTES • Sais inorgânicos (dosados em quantidades tais que excedem os limites de solubilidade dos respectivos hidróxidos). • Polimeros inorgânicos, tais como silicatos ou sintéticos de caráter não iônico ou caráter iônico definido: amônico ou catiônico (polieletrólitos). POLIELETRÓLITOS • Dividem-se em coagulantes e floculantes • Podem ser naturais ou sintéticos • Quanto ao caráter iônico: catiônico, aniônico e não iônico • Quanto ao peso molecular: baixo, médio e alto • Quanto à forma de comercialização: granulado, emulsão e liquido • Concentração da aplicação: 0,05 a 0,3% POLIELETRÓLITOS CARÁTER IÔNICO - Catiônico - Aniônicos - Não Iônicos PESO MOLECULAR - Baixo - Médio - Alto FORMA DE COMERCIALIZAÇÃO - Granulados - Emulsão - Líquidos ESTUDO DE CASO GALVANOPLASTIAS ORIGEM • Banhos concentrados exauridos (exauridos, desengraxantes, decapantes, fosfatizantes, passivadores,cromatizantes, eletrodeposição) • Banhos menos concentrados, lavagens e manuseio de reativos. ESTUDO DE CASO • • • • GALVANOPLASTIAS CARACTERÍSTICAS Galvanização Cromo tri e hexavalente, cianeto, ferro, zinco, cobre, níquel e estanho. Fosfatização Fosfato, ferro, zinco, cianeto, e cromo trivalente Anodização Alumínio, estanho, níquel e fluoreto Outros parâmetros DQO, DBO, pH e óleos e graxos ESTUDO DE CASO GALVANOPLASTIAS TIPOS DE EFLUENTES • Crômicos Banho de cromo em geral, abrilhantadores e passivadores • Cianídricos Banho de cobre, zinco,cadmio, prata, ouro, desengraxantes • Ácidos gerais Soluções decapantes e oxidantes • Alcalinos gerais Desengraxantes químicos e eletrolíticos • Quelatizados ESTUDO DE CASO GALVANOPLASTIAS PRECIPTAÇÃO COM HIDRÓXIDOS • As solubilidades mínimas ocorrem com diferentes pHs • Para mistura de íons o pH ideal pode não ser o de menor solubilidade para alguns íons. • Cromo e zinco possuem comportamento anfótero em decorrência da solubilização do precipitado • Complexantes, certos ânions e amônia podem dificultar a função de hidróxidos metálicos • Reagentes usuais : Cal e Soda FAIXAS DE pH DE PRECIPITAÇÃO DE METAIS INSOLUBILIZAÇÃO E RESSOLUBILIZAÇÃO DO ZINCO ESTUDO DE CASO GALVANOPLASTIAS PRECIPTAÇÃO COM SULFETOS (Na2S) • Não muito utilizado em galvanoplastia • Bom para a precipitação de mercúrio • Necessidade de se controlar a dosagem de Na2S para evitar o H2S • Forma precipitados muito finos ESTUDO DE CASO GALVANOPLASTIA CIANETOS • • • • Não metal inorgânico. Hidrolisam como HCN Associam-se a metais pesados Entre pH superior a 6 não tem efeito danoso • É oxidado a cianeto menos tóxico • É biodegradável ESTUDO DE CASO GALVANOPLASTIAS OXIDAÇÃO DO CIANETO • Utiliza-se cloro livre ou hipoclorito de sódio ou de cálcio • pH>10,5 para evitar o desprendimento de cloreto de cianogênio • Cianeto é transformado em cianato e em CO2 e N2 por efeito de microorganismos • Tempo de obtenção: 1hora (níquel exige mais) ESTUDO DE CASO GALVANOPLASTIAS REDUÇÃO DE CROMO HEXAVALENTE • Utiliza-se dióxido de enxofre, metabissulfito de sódio ou sulfato ferroso • A reação se processa em pH <3 • “Set point” está entre 250-350 mV ESTUDO DE CASO GALVANOPLASTIAS BASES PARA PROJETO VAZÕES • Descartes periódicos • Descartes contínuos ESTUDO DE CASO GALVANOPLASTIAS TIPOS DE TRATAMENTO • Contínuo • “Batch” • Misto TRATAMENTO FÍSICO QUÍMICO TRATAMENTO BIOLÓGICO CONCEITO DE SER VIVO • Organismos autótrofos Exigem para sua nutrição substâncias de estrutura muito simples, tais como CO2, água e sais minerais. • Organismos heterótrofos Exigem para sua nutrição, além destas, substâncias orgânicas até mesmo proteínas. São também capazes de transformar estes compostos. “SEQUESTRO DE CARBONO” OXIDAÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA • Fotossíntese LUZ CO2 + 6 H2O CH2O + O2 + 475 Kj/mol A luz absorvida pela clorofila é convertida em energia química (fotossíntese). • Oxidação CH2O+O2 CO2+H2O - 475 Kj/mol RESPIRAÇÃO CELULAR RESPIRAÇÃO AERÓBIA Os elétrons removidos da glicose se encaminham ao receptor final que é o oxigênio que depois de se combinar com os elétrons e o hidrogênio forma a água. RESPIRAÇÃO ANAERÓBIA O receptor dos elétrons não é o oxigênio e sim compostos nitrogenados (nitratos e nitritos), compostos de enxofre (sulfatos, sulfitos, dióxido de enxofre e enxofre elementar), dióxido de carbono, compostos de ferro, manganês, cobalto e até urânio. RESPIRAÇÃO CELULAR • É o processo de conversão das ligações químicas de moléculas ricas em energia que possam ser utilizados em processos vitais. • 1ª fase: glicólise C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + energia • 2ª fase: Oxidação piruvato (C3H4O3) através de dois processos: a) Respiração aeróbia b) Respiração anaeróbia NITROGÊNIO Nitrogênio total • Amoniacal + albuminóide + orgânico + nitrito + nitrato Nitrogênio kjeldahl • Orgânico + amoniacal FÓSFORO • Ortofosfatos: (disponíveis para metabolização da MO) 33( PO4 HPO4 H3PO4 H3PO4) • Polifosfatos: (só após a hidrólise) [Na2(PO3)6] TRATAMENTO BIOLÓGICO Exemplo: Calcular a carga orgânica, em termos de DQO e DBO, bem como a população equivalente de um despejo de um laticínio com vazão de 800m³/dia, DQO=4500mg/L e DBO = 2000mg/L. a) Carga orgânica DQO: CO=800m³/dia x 4500mg/L x 10 ³ = 360KgDQO/dia DBO : CO=800m³/dia x 2000mg/L x 10- ³ = 160KgDBO/dia TRATAMENTO BIOLÓGICO b) População equivalente 160Kg DBO/dia PE=> = 2963 hab. eq. 0,054Kg DBO/hab.dia POTENCIAL REDOX Controle no Bioreator Aeróbico Anóxico Processo Anaeróbico - 400 mV + 300mV 3 1 2 Condição 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Formação de Metano Formação de H2S Formação de ácidos Orgânicos Hidrolise de poli-fosfatos Denitrificação Nitrificação Oxidação Aeróbica Private & Confidential 4 5 6 7 Roberto dos Santos 32 TRATAMENTO BIOLÓGICO BASES PARA PROJETO LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO • Aeróbias Taxa de aplicação superficial (KgDBO/ha.dia) • Anaeróbias Taxa de aplicação superficial (KgDBO/ha.dia) Taxa volumétrica(KgDBO/m³) Tempos de detenção(dias) TRATAMENTO BIOLÓGICO BASES PARA PROJETO LODOS ATIVADOS • • • • • • • Tempos de detenção Relação alimento/microorganismo (SSV) Quantidade de biomassa (SSV) Concentração de SSV Quantidade de oxigênio Parâmetros obtidos dos ensaios de tratabilidade Necessidade de nutrientes FLOCOS BIOLÓGICOS FLOCOS BIOLÓGICOS FLOCOS BIOLÓGICOS FLOCOS BIOLÓGICOS PROTOZOÁRIOS PROCESSO DE LODOS ATIVADOS LODOS ATIVADOS MISTURA COMPLETA DEEP SHAFT VALO DE OXIDAÇÃO REATOR SEQUENCIAL EM BATELADA DECANTADOR SECUNDÁRIO TIPO DE SISTEMA DE NITRIFICAÇÃO/DESNITRIFICAÇÃO REATOR ANAERÓBIO DE FLUXO ASCENDENTE TRATAMENTOS BIOLÓGICOS DIGESTÃO ANAERÓBICA MECANISMOS DA DIGESTÃO ANAERÓBICA • Hidrólise • Acidogênese • Acetogênese • Metanogênese • Sulfetogênese TRATAMENTOS BIOLÓGICOS DIGESTÃO ANAERÓBICA MECANISMOS DA DIGESTÃO ANAERÓBICA Hidrólise Enzimas excretados por bactérias fermentativas transformam materiais particulados complexos (Polímeros) em matérias dissolvidas mais simples (moléculas menores). TRATAMENTOS BIOLÓGICOS DIGESTÃO ANAERÓBICA MECANISMOS DA DIGESTÃO ANAERÓBICA Acidogênese Os produtos solubilizados na fase anterior são metabolizados no interior das células de bactérias fermentativas e excretados em seguida. Incluem: ácidos graxos voláteis, álcoois, ácido lático, gás carbônico, hidrogênio, amônia, sulfeto de hidrogênio, além de novas células. TRATAMENTOS BIOLÓGICOS DIGESTÃO ANAERÓBICA MECANISMOS DA DIGESTÃO ANAERÓBICA Acetogênese As bactérias acetogênicas são responsáveis pela oxidação dos produtos gerados na fase acidogênica produzindo substrato para as bactérias metanogênicas, os produtos gerados são: Hidrogênio, CO2 e o Acetato. TRATAMENTOS BIOLÓGICOS DIGESTÃO ANAERÓBICA MECANISMOS DA DIGESTÃO ANAERÓBICA Metanogênese As bactérias metanogênicas são responsáveis pela etapa final do processo de degradação anaeróbica produzindo metano e CO2, utilizam para tanto de ácido acético, hidrogênio/CO2, ácido fórmico, metanol, metilaminas e monóxido de carbono. TRATAMENTOS BIOLÓGICOS DIGESTÃO ANAERÓBICA MECANISMOS DA DIGESTÃO ANAERÓBICA Sulfetogênese Sulfato, sulfito e outros compostos sulfurados são reduzidos a sulfeto através de sulfobactérias (bactérias redutoras de sulfato), utilizam uma ampla base de substratos. TRATAMENTO BIOLÓGICO BASES PARA PROJETO TRATAMENTOS ANAERÓBICOS • • • • • • Concentração de biomassa (SSV) Taxa de carregamento ( KgDBO/m³ dia) Velocidade ascensional (m/h) Tempo de detenção da zona de decantação (h) Alcalinidade (NaOH/dia) Necessidade de nutrientes TRATAMENTO BIOLÓGICO E PRÉ E/OU PÓS TRATAMENTOS COMPLEMENTARES BIODEGRADAÇÃO DE RECALCITANTES Adsorção O que é Adsorção? Processo utilizado desde tempos remotos: Uso de um sólido para reter substâncias contidas dentre de líquidos ou gases. Adsorção: Acumulação ou aumento da concentração desta substância sobre uma superfície de um outro composto. Pode ocorrer separação preferencial de uma substancia contida numa fase líquida ou gasosa – Ex. Cu em cachaça. O material concentrado é o adsorbato A fase que adsorve é o adsorvente Absorção Adsorção: Absorção -> o material transferido de uma fase para a outra (exemplo um líquido) interpenetra a segunda fase para formar uma “solução”. O que é Adsorção? Adsorção Dessorção Adsorbato Roberto dos Santos Adsorção Física Principalmente causada por forças de van der Waals e forças eletrostáticas as moléculas do adsorbato átomos que compõem a superfície do adsorvente Características de tais adsorventes: Tamanho dos poros, superficial e polaridade Área Presença dos Poros Sólidos não porosos, baixa área superfícial Sólidos porosos Superficie alta de contato Catalisadores Sitios ativos em suuportes porosos Poros em materiais Sólido não poroso Baixa área superficial Baxio volume específico de poros Sólido poroso Alta área superficial Alto volume específico de poros F. Rouquerol, J. Rouquerol, K. S. W. Sing, Adsorption by Powders and Porous Solids, Academic Press, 1-25, 1999 Poros abertos x Poros fechados Inter-connected (open) Closed Open pores are accessible whereas closed pores are inaccessible pores. Open pores can be inter-connected, passing or dead end. Passing (open) Dead end (open) F. Rouquerol, J. Rouquerol, K. S. W. Sing, Adsorption by Powders and Porous Solids, Academic Press, 1-25, 1999 Área Superficial Propriedades Texturais Método de adsorção gasosa: Baseado na determinação da quantidade de um gás inerte, requerido para formar uma camada mono molecular sobre a superfície do catalisador a uma temperatura constante. Área superficial do catalisador Área a ser ocupada por cada molécula de = gás em condições determinadas. Roberto dos Santos CARVÃO ATIVADO Limpeza na ativação • Carvão ativado normalmente é 100 vezes mais poroso que o carvão normal. Roberto dos Santos Usos do Carvão Os usos mais comuns para o carvão ativado: ◦ a adsorção de gases (na forma de filtros) e no tratamento de águas, onde o carvão se destaca por adsorver, em seus poros, impurezas de diferentes origens; ◦ diversos ramos da indústria química, alimentícia e farmacêutica; ◦ no tratamento de medicamentos, açucares, e águas potáveis; ◦ no tratamento de efluentes e gases resultantes de processos industriais. ◦ Considerado um dos mais eficientes tratamentos em caso de intoxicações. ◦ O carvão ativo atua adsorvendo a substância tóxica, assim diminuindo a quantidade disponível para absorção pelo sistema digestivo. ◦ Efeitos colaterais mínimos. Roberto dos Santos ZEÓLITOS • Minerais de estrutura porosa capaz de reter seletivamente moléculas por um processo de exclusão baseado no tamanho destas. • São naturais ou artificiais. São alumínios silicatos hidratados que possuem uma estrutura aberta capaz de acomodar uma grande variedade de cátions como o cálcio, sódio, potássio e magnésio fracamente ligados à estrutura molecular. MEMBRANAS MEMBRANAS TIPOS • • • • Microfiltração Ultrafiltração Nanofiltração Osmose reversa 0,1 – 3 micra 0,025 – 0,1 micra 0,01 micra 0,001 micra MEMBRANAS VELOCIDADE DE PERMEAÇÃO • DEFINIDO COMO O VOLUME DA SOLUÇÃO POR UNIDADE DE ÁREA POR UNIDADE DE TEMPO MEMBRANAS SELETIVIDADE R= COEFICIENTE DE RETENÇÃO Cp R = 1Cf Cf= concentração do soluto na alimentação Cp= concentração do soluto no permeado MEMBRANAS TIPOS E DENSIDADE DE EMPACOTAMENTO • • • • Planar (100-400m²/m³) Tubular (<300 m²/m³) Fibras ocas ( 30000 m²/m³) Espiral (300 – 1000 m²/m³) REATORES DE MEMBRANAS FILTRAÇÃO POR MEMBRANAS Pressão Transmembrana - TMP Tamanho dos Poros Energia de Bombeamento Osmose Reversa Processo de separação por membrana Microfiltração Ultrafiltração Nanofiltração Sais Carbon Bk. Pigmentos Tintas Cabelo humano Pirogenicos Taranto típico Ions Metal. Bacteria DNA, Virus Vitamina B12 Açucar areia Carvão em pó Fumaça de cigarro Colóides poeira Atomos Tipo de Partícula μm (Log Scale) Ions cel. sangue Polén Farinha Macro Moleculas Moléculas 0.001 Névoa 0.01 0.1 Micro particulas 1.0 10 Macro Particulas 100 1000 X Private & Confidential Roberto dos Santos 73 BIOREATORES - MBR O QUE É REATOR BIOLÓGICO DE MEMBRANAS MBR? MBR é um sistema que considera: Separação fina de sólidos + Lodo ativado + Filtração por membranas = um único conjunto Remoção de Areia Primário Adensamento Private & Confidential Tanque de Aeração Tratamento Secundário Polimento Desinfecção Desague Roberto dos Santos 74
