Embed Size (px)
Citation preview
1
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA
HELENA RUIZ RAMOS DE OLIVEIRA
Estudo de viabilidade da substituição do coagulante utilizado na ETE de um
Complexo Químico
Lorena – SP
2014
2
HELENA RUIZ RAMOS DE OLIVEIRA
Estudo de viabilidade da substituição do coagulante utilizado na ETE de um
Complexo Químico
Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação
apresentado à Escola de Engenharia de Lorena
da Universidade de São Paulo como requisito
parcial para conclusão da Graduação do curso de
Engenharia Industrial Química.
Orientadora: Dra. Elisângela de Jesus Candido Moraes
Lorena – SP
2014
3
AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.
CATALOGAÇÃO NA PUBLICAÇÃO Serviço de Biblioteca Escola de Engenharia de Lorena
Oliveira,Helena Ruiz Ramos de
Estudo de viabilidade da substituição do coagulante utilizado na ETE de um
Complexo Químico/Helena Ruiz Ramos de Oliveira. - Lorena, 2014.
55 f.
Monografia apresentada como requisito parcialpara a conclusão do Curso de
Graduação de Engenharia Industrial Química - Escola de Engenharia de Lorena da
Universidade de São Paulo.
Orientadora: Elisângela de Jesus Candido Moraes
1. Efluentes (Tratamento) 2. Indústria química3. Estações de tratamento de água
I. Moraes, Elisângela de Jesus Candido,Orient.
4
Aos meus pais, Áurea e Paulo, que sempre
me apoiaram e me deram forças nas
dificuldades, acreditaram no meu potencial
e comemoraram minhas vitórias.
5
Agradecimentos
Aos meus pais, Áurea e Paulo, por todo o carinho, amor e dedicação que
tornaram este trabalho e minha graduação possíveis.
Ao Victor Ruiz, pelo amor e por cuidar da nossa família durante os anos em que
vivi fora de casa.
À Tia Nilza, que com suas orações, conversas e pensamentos positivos me
auxiliou a chegar até aqui.
À toda a minha família, por me apoiar e me admirar.
Ao Vinicius Mezzanotte, meu namorado, por todo o amor, amizade, torcida e
confiança que depositou em mim e por todos os momentos de alegria que me
proporciona.
À Professora Elisângela, que tanto me auxiliou e me encorajou na realização
deste trabalho, sempre paciente, atenciosa e muito acessível.
Às minhas amigas de república: Amanda, Geise, Marina, Renata S. e Renata T., e
mais recentes Isabela e Paula, que me ensinaram a conviver com a diferença e
que me acompanharam nesta jornada.
À Renata Rocha, por todo o apoio durante o último ano e pela amizade que só
cresce.
Ao André Cocenza, Bruno Rodrigues e Marcelo Brunca, por todo o conhecimento
passado e pela amizade.
A todos os meus colegas de trabalho (passados e atuais), por toda a experiência,
amizade e aprendizado.
A todos que torceram para que este dia chegasse, e a todos que participaram da
minha vida até hoje.
6
“A mente que se abre a uma
nova ideia jamais voltará ao
seu tamanho original.”
Albert Einstein
7
Resumo
OLIVEIRA, H. R. R. Estudo de viabilidade da substituição do coagulante
utilizado na ETE de um Complexo Químico. 2014. 55f. Monografia – Escola de
Engenharia de Lorena da Universidade de São Paulo, Lorena, 2014.
A crescente preocupação com o Meio Ambiente aumenta o cuidado com que
resíduos industriais e domésticos são lançados na natureza. Em diversos tipos de
efluentes, faz-se necessária a remoção de sólidos que se encontram suspensos
em água. Para isto, são dosados coagulantes, que agem aproximando os
coloides e promovendo sua sedimentação. No presente trabalho, foram realizados
testes de bancada para avaliar a possível substituição do coagulante utilizado na
Estação de Tratamento de Efluentes de um Complexo Químico localizado no
Estado de São Paulo. O produto utilizado atualmente é o Sulfato de Alumínio,
coagulante importante e amplamente empregado para tratamento de águas. O
coagulantetestado foi o Policloreto de Alumínio, que apresentou desempenho
semelhante à do Sulfato de Alumínio, não justificando a substituição.
Palavras-chave: Efluentes industriais, Coagulante, Sulfato de Alumínio,
Policloreto de Alumínio.
8
Abstract
OLIVEIRA, H. R. R. Viability study of the replacement of coagulant used on a
WWT Plant from a Chemical Complex, 2014. 55p.Monograph – Escola de
Engenharia de Lorena da Universidade de São Paulo, Lorena, 2014.
The growing concern about the environment increases the care about how
industrial and domestic wastes are released in nature. In various types of effluent,
it is necessary to remove solids that are suspended in water. For this, coagulants
are used, acting approaching colloids and promoting sedimentation. In this
research, bench tests were conducted to evaluate the possible replacement of the
coagulant used in a Chemical Complex Waste Water Treatment Plant, located in
the State of São Paulo. The product currently used is Aluminum Sulfate , important
and widely used as coagulant for water treatment . The coagulant that was tested
is PolyclorideAluminium, that showed a similar performance to the results using
Aluminum Sulfate and because of that, the substitution wasn’t practicable.
Keywords: Industrial Effluents, Coagulant, Aluminium Sulphate, Polycloride
Aluminium.
9
Lista de Tabelas
Tabela 3 Parâmetros exigidos pela CETESB para descarte de efluentes. ........... 34
Tabela 4 Sólidos Suspensos Totais no AVO. ....................................................... 38
Tabela 5 Sólidos Suspensos Totais no ET. .......................................................... 38
Tabela 6 Remoção de DQO na Estação por etapa e total. ................................... 39
Tabela 7 Remoção de DBO na Estação por etapa e total. ................................... 40
Tabela 8 Especificações do PAC .......................................................................... 41
Tabela 9 Especificações do Sulfato de Alumínio .................................................. 41
Tabela 10 Dados de consumo de Insumos e quantidade de Efluente Tratada ..... 47
Tabela 11 Parâmetros físicos do Jar Test. ............................................................ 49
Tabela 12 Resultados de DQO e SST. ................................................................. 53
10
Lista de Figuras
Figura1 Caixa de gradeamento. ............................................................................ 23
Figura2 Tanque de Equalização da Malwee. ........................................................ 23
Figura 3 Configuração elétrica dos colóides. ........................................................ 25
Figura4Efluente após coagulação e floculação. .................................................... 28
Figura5Decantadores Primários ............................................................................ 29
Figura6 Tanque de aeração (Lodo Ativado) .......................................................... 30
Figura 7 Principais parâmetros a serem controlados no tratamento biológico. ..... 32
Figura8 Esquematização da ETE estudada. ......................................................... 36
Figura 9 Jar Test. .................................................................................................. 42
Figura 10 Jar Test utilizado no estudo. ................................................................. 42
Figura11 Ensaio de Análise de SST. .................................................................... 44
Figura 12 Ensaio de Análise de SSV e SSF. ........................................................ 44
Figura 13 Amostras em estágio de floculação. ..................................................... 50
Figura 14 Amostras após decantação. .................................................................. 52
Figura 15 Resultados de DQO e SST. .................................................................. 53
Figura 16 Remoção de DQO e SST. ..................................................................... 54
11
Lista de Siglas
AVO Afluente ao Valo de Oxidação
CETESB Companhia Ambiental do Estado de São Paulo
CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente
DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio
DQO Demanda Química de Oxigênio
EQ Efluente equalizado
ET Efluente Tratado
ETE Estação de Tratamento de Efluentes
SSF Sólidos Suspensos Fixos
SST Sólidos Suspensos Totais
SSV Sólidos Suspensos Voláteis
USP Universidade de São Paulo
12
Sumário
1. INTRODUÇÃO ............................................................................ 13
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ....................................................... 15
2.1. Efluentes .................................................................................................. 15
2.1.1. Definição ........................................................................................... 15
2.1.2. Tipos de Efluentes ............................................................................. 15
2.1.2.1. Efluentes de Indústrias Químicas ............................................... 16
2.1.3. Conceitos .............................................................................................. 18
2.1.4. Tratamento de Efluentes ................................................................... 22
2.1.4.1. Tratamento Preliminar ................................................................ 22
2.1.4.2. Tratamento Físico-Químico ......................................................... 24
2.1.4.3. Tratamento Biológico .................................................................. 29
2.1.5. Legislação ......................................................................................... 33
3. METODOLOGIA ......................................................................... 35
3.1. Caracterização da Estação de Tratamento de Efluentes ......................... 35
3.2. Caracterização do Efluente ...................................................................... 38
3.3. Materiais e Métodos ................................................................................. 40
3.4. Procedimentos de Análises Laboratoriais ................................................ 44
3.4.1. Sólidos Suspensos Totais ................................................................. 44
3.4.2. Demanda Química de Oxigênio ........................................................ 45
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO .................................................. 47
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................. 58
13
1. INTRODUÇÃO
A água é elemento insubstituível em diversas atividades humanas. Com o
crescimento populacional, sua demanda vem aumentando, e com isso torna-se
escassa e apresenta baixa qualidade em várias regiões. Tratando especialmente
da região Sudeste, onde se encontra a Estação de Tratamento de Efluentes
(objeto deste estudo), a redução da qualidade das águas tem um impacto maior,
já que a escassez de água ainda não é uma questão tão preocupante na região.
Este cenário é gerado por desordenados processos de industrialização,
urbanização e expansão agrícola (SETTI et. al, 2000).
Segundo Setti et. al (2000), a falta de um sistema de gestão de água
adequado fez com que o setor de recursos hídricos ganhasse importância e
interesse pela sociedade brasileira, sendo reportado na mídia e por discussões
governamentais.
Além do problema da gestão brasileira de águas, há a preocupação crescente
com o Meio Ambiente como um todo. As indústrias, além de atenderem às
legislações vigentes, priorizam a máxima remoção possível de cargas presentes
nas águas residuais, a fim de diminuir seus impactos causados na natureza.
As indústrias produzem uma enorme variedade de resíduos, e para cada tipo
deles existe um tratamento adequado. Alguns efluentes podem ser tratados
apenas com reagentes químicos, que promovem a precipitação de sólidos que
antes estavam suspensos na água. Outros necessitam apenas da ação de
bactérias, que consomem a carga orgânica presente. Estes tipos de tratamentos
citados podem ser divididos em vários tipos, envolvendo diferentes técnicas e
equipamentos.
O efluente estudado neste trabalho foi o de um Complexo Químico
Multinacional, localizado no Vale do Paraíba – SP. Na Estação de Tratamento de
Efluentes (ETE) estudada, o efluente passa por um Tratamento Primário (físico-
químico), e em seguida um Tratamento Biológico (etapa principal do tratamento,
onde há a redução significativa da carga orgânica).
14
Para que o Tratamento Biológico seja eficaz, é necessário que o Tratamento
Primário seja extremamente eficiente na remoção de sólidos suspensos. O
arraste de sólidos de origem inorgânica do Tratamento Primário para o
Tratamento Biológico prejudica a ação das bactérias e consequentemente a
qualidade final do efluente.
No presente trabalho será estudada a possibilidade de troca do coagulante
utilizado na ETE, a fim de se aumentar a remoção de sólidos suspensos na água.
O coagulante utilizado atualmente na Estação é o Sulfato de Alumínio, e o
estudado para substituí-lo é o Policloreto de Alumínio. Serão estudadas as
características de ambos os coagulantes e os resultados quando testados em Jar
Test.
15
1. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
1.1. Efluentes
1.1.1. Definição
De acordo com a Resolução Nº 430 do CONAMA, de 13 de Maio de 2011,
efluente é “o termo usado para caracterizar os despejos líquidos provenientes de
diversas atividades ou processos” (CONAMA).
Segundo Giordano (2004), atividades como lavagem de máquinas, tubulações
e pisos, sistemas de resfriamento e geradores de vapor, processamentos
industriais e sanitários, tornam a água em efluente. Volumes de água
incorporados ao produto e perdas por evaporação não são considerados
efluentes.
1.1.2. Tipos de Efluentes
O esgoto sanitário é constituído principalmente de despejos domésticos,
águas pluviais e de infiltração e tem características bem definidas. Provem de
quaisquer edificações que utilizam água para fins domésticos e compõem-se
principalmente de água de banho, urina, fezes, papel, restos de comida, sabão,
detergentes e águas de lavagem (FERREIRA; LISBOA; MARQUES, 2013).
Já os efluentes industriais, segundo Ferreira, Lisboa e Marques (2013), são
extremamente diversos, são derivados de qualquer utilização da água para fins
industriais e adquirem características próprias de acordo com o processo
industrial empregado. Por este motivo, cada efluente deve ser estudado e tratado
de maneira adequada, não havendo um modelo fixo para tratamento.
16
A seguir serão apresentados sucintamente alguns efluentes encontrados em
indústrias de diferentes segmentos. Os efluentes de Indústrias Químicas serão
tratados de maneira mais aprofundada adiante.
Refrigerantes – os efluentes deste tipo de indústria são ricos em açucares,
alguns corantes e outros componentes das bebidas. Apresentam partículas
de carvão e óleos minerais oriundos de vazamentos de equipamentos
(GIORDANO, 2004)
Cerveja – este tipo de efluente é rico em açucares e outros componentes
da cerveja. Possuem partículas de terras diatomáceas oriundas da filtração
do mosto e óleos minerais de possíveis vazamentos de equipamentos
(GIORDANO, 2004).
Pescado – os efluentes deste tipo de indústria possuem compostos da
matéria orgânica do processamento do pescado, produtos utilizados em
limpezas e sal de salmouras descartadas (GIORDANO, 2004).
Abatedouros – os efluentes possuem alta concentração de matéria
orgânica, esterco, terra, sangue, gorduras, resíduos de carne, etc.
(GIORDANO, 2004).
Laticínios – os efluentes apresentam gordura, resquícios de produtos de
limpeza, lavagens de piso, resíduos de leite e seus derivados, etc.
(GIODANO, 2004).
1.1.2.1. Efluentes de Indústrias Químicas
Os efluentes provenientes de Indústrias Químicas possuem diferentes
características, dependendo do tipo de processamento, das matérias primas
utilizadas, do produto formado, dentre outras características. Exemplos de
diferentes efluentes da Indústria Química estão apresentados a seguir.
Tintas – Os efluentes deste tipo de processo são gerados ao final do
processamento, na fase de limpeza de equipamentos e chão da fábrica e
17
apresentam resquícios de resina, pigmentos, cargas e solventes.
(NASCIMENTO, 2013)
Têxtil – Os efluentes deste ramo de indústria dependem do tipo de fibras
processadas e dos produtos químicos utilizados. A maioria dos efluentes
têxteis é colorida, tóxica e geralmente não biodegradável (devido ao alto
teor de corantes, surfactantes e aditivos – compostos orgânicos de
estruturas complexas) (UEDA et. al, 2004).
Petroquímica – Estes efluentes podem ser classificados como não
contaminados ou orgânicos. O não contaminado recebe as correntes de
purgas de torres de resfriamento e de geração de vapor. Já o efluente
orgânico consiste em compostos orgânicos, como água de drenagem de
processos e drenagem de tanques (GIORGI e WADA, 2006).
Farmacêutica – Os efluentes farmacêuticos podem ser de indústrias de
síntese ou de mistura. Os do primeiro caso possuem altas concentrações
de matéria orgânica, sais e toxicidade. Geralmente apresentam compostos
aromáticos ou cíclicos, nitrogenados e cores residuais (GIORDANO, 2004).
Papel – Gera efluentes com altas concentrações de carga orgânica
facilmente biodegradável, sólidos suspensos e cor. Apresentam
carboidratos e ácidos orgânicos, compostos lignínicos e derivados fenólicos
de alto peso molecular. No processo de branqueamento da celulose, a alta
toxicidade pode ser explicada pela presença de compostos fenólicos
clorados (KHANSORTHONG e HUNSOM, 2009).
Galvanoplastia – Descartes dos diversos banhos concentrados exauridos
(desengraxantes, decapantes, fosfatizantes, cromatizantes, etc) e águas
menos contaminadas, provenientes de lavagens posteriores. São
geralmente coloridos, com temperatura superior à ambiente, emitem
vapores, apresentam óleo e o pH varia entre o extremo alcalino e o
extremo ácido (SILVA, LIMA e SILVA, 2007).
18
1.1.3. Conceitos
Existem parâmetros de extrema importância para a caracterização dos
efluentes, segue abaixo a definição de alguns desses parâmetros.
DQO(Demanda Química de Oxigênio):
De acordo com Zuccari, Graner e Leopoldo (2005), é um parâmetro que se
refere à “quantidade de oxigênio consumido por materiais e por substâncias
orgânicas e minerais, que se oxidam sob condições definidas”. Quando se trata
de águas, este parâmetro torna-se especialmente importante, pois estima o
potencial poluidor de efluentes domésticos e industriais.
Aquino, Silva e Chernicharo (2006) afirmam que a DQO é um parâmetro global
utilizado para indicar o conteúdo orgânico de águas residuais e superficiais.
Santos (2004) conceitua DQO como a quantidade de oxigênio necessária para
oxidar quimicamente compostos orgânicos carbonáceos e nitrogenados. Esta
oxidação resulta principalmente em CO2 e água.
Análise de DQO
Segundo Cardoso, Rosa e Rocha (2009), para estimar o teor de matéria
orgânica na água, utilizam-se métodos de oxidação química empregando um
oxidante forte, como o dicromato de potássio em meio ácido. A reação química
deste processo é representada por:
MO – Matéria Orgânica
Cardoso, Rosa e Rocha (2009) explicam que o método consiste em oxidar a
amostra de efluente com o dicromato de potássio (K2Cr2O7) em excesso (sob
aquecimento, em meio de ácido sulfúrico e utilizando sulfato de prata como
catalisador). Titula-se o dicromato residual com solução padronizada de sulfato
ferroso (para a indicação de viragem utiliza-se ferroína). A quantidade de matéria
oxidável equivalente em oxigênio é proporcional à quantidade de dicromato
consumida.
19
É possível fazer a análise instrumental para determinação de DQO, já que o
crômio III formado pela reação entre o dicromato e a matéria orgânica do efluente
pode ser caracterizado por espectrofotometria (GRANER, ZUCCARI e PINHO,
1998). Este método é o mais utilizado atualmente e será apresentado mais
adiante.
DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio):
De acordo com Macedo (2006), DBO é a quantidade de oxigênio requerida por
micro-organismos aeróbios para a oxidação de compostos orgânicos presentes
na fase líquida. É um fator muito importante para avaliar a eficiência de sistemas
de tratamento de esgotos e efluentes industriais.
Em ambientes aeróbios, segundo Santos (2004), são encontrados diversos
tipos de micro-organismos (bactérias, micro-organismos filamentosos, bactérias
nitrificantes, protozoários, entre outros) que participam ativamente do processo de
degradação da matéria orgânica. O autor afirma que a oxidação realizada pelos
micro-organismos visa a obtenção de energia para a manutenção de suas
funções biológicas e sua reprodução.
De acordo com o site da CETESB, quando se relaciona DQO com DBO, é
possível analisar a biodegradabilidade do efluente. Quanto mais próximo da DQO
for o valor da DBO, mais biodegradável é o efluente, ou seja, maior a capacidade
de micro-organismos oxidarem o efluente.
Análise de DBO
Método da diluição: Transfere-se para frasco âmbar, contendo água saturada
de oxigênio, um volume conhecido de efluente e mantém-se o frasco fechado por
5 dias em estufa a 20 °C. Após este período, é analisado o oxigênio restante no
frasco e, então, se compara este valor com a quantidade de oxigênio inicial. Desta
maneira é possível analisar quanto de oxigênio foi consumido para a degradação
da matéria orgânica (CARDOSO, ROSA e ROCHA, 2009)
20
Os autores afirmam que os aparelhos utilizados para a análise instrumental de
DBO funcionam baseados em diferença de pressão (método manométrico),
apresentando a leitura direta dos dados (após 5 dias de teste, a 20 °C).
Santos, Sales e Duarte (2003) explicam que o sistema manométrico é
constituído por um microprocessador sem mercúrio, que determina a DBO através
da pressão exercida dentro do frasco. Quando os micro-organismos atuam na
degradação da matéria orgânica presente no efluente, há uma redução de
pressão dentro do frasco. A redução é diretamente proporcional à quantidade de
matéria orgânica presente.
Turbidez:
De acordo com o site da CETESB, a turbidez da água é uma variável física
correspondente ao grau de atenuação de intensidade que um feixe de luz sofre ao
atravessá-la, devido à presença de sólidos em suspensão (areia, argila, algas,
bactérias, plantons em geral, etc). Esgotos sanitários e diversos efluentes
industriais possuem alta turbidez.
Ainda segundo o site da CETESB, a turbidez das águas dificulta a fotossíntese
da vegetação submersa e algas. A falta de atividade da vegetação acarreta
também na falta de suprimentos aos peixes. Desta maneira, a turbidez influencia
em toda a comunidade biológica aquática, e por este motivo, as medidas e
controle da turbidez são de extrema importância.
Sólidos:
Segundo Metcalf e Eddy (2003), águas residuais possuem uma grande
variedade de materiais sólidos, desde pedaços grandes até coloides. Quando
amostras de efluente são analisadas, geralmente se retiram os sólidos mais
grosseiros. A seguirestão definidos os tipos de sólidos encontrados em efluentes,
de acordo com Metcalf e Eddy (2003), adaptado de Standard Methods (1998).
21
Sólidos Totais: Resíduo remanescente quando o efluente é evaporado
e o resíduo seco de 103 a 105 °C.
Sólidos Voláteis Totais: Sólidos que podem ser volatilizados quando
os Sólidos Totais são calcinados (500 ± 50 °C).
Sólidos Fixos Totais: Sólidos restantes do processo de calcinação dos
Sólidos Totais (500 ± 50 °C).
Sólidos Suspensos Totais: Fração dos Sólidos Totais retidos em filtro
com específica porosidade, medidos após secos a uma temperatura de
105°C. A porosidade usual do filtro é de 1,58 µm.
Sólidos Suspensos Voláteis: Sólidos que podem ser volatilizados com
a calcinação dos Sólidos Suspensos Totais (500 ± 50 °C).
Sólidos Suspensos Fixos: Resíduo remanescente após a calcinação
dos Sólidos Suspensos Totais (500 ± 50 °C).
Sólidos Totais Dissolvidos: Sólidos passantes pelo filtro, que são
posteriormente evaporados e secos a específica temperatura. Estes
sólidos são colóides e o tamanho das partículas varia entre 0,001 a 1
µm.
Sólidos Dissolvidos Voláteis Totais:Sólidos que são volatilizados
quando os sólidos totais dissolvidos são calcinados (500 ± 50 °C).
Sólidos Dissolvidos Fixos: Resíduo remanescente após a calcinação
dos Sólidos Totais Dissolvidos.
Sólidos Sedimentáveis: Sólidos suspensos que serão sedimentados
após um período de tempo especificado.
22
1.1.4. Tratamento de Efluentes
Diversas são as maneiras de tratar os efluentes, dependendo de sua
composição. A seguir são apresentados os principais métodos físico-químicos e
biológicos para o descarte de águas residuais no meio ambiente.
1.1.4.1. Tratamento Preliminar
Os tratamentos preliminares são fenômenos exclusivamente físicos. Alguns
tipos de tratamentos preliminares são apresentados a seguir:
Gradeamento
Faz parte do tratamento preliminar, e consiste na remoção de materiais
grosseiros do efluente a ser tratado. Esta remoção visa a preservação dos
equipamentos utilizados posteriormente (desgaste de bombas ou obstruções de
válvulas e tubulações) (CASSINI, 2008)
Geralmente o equipamento consiste em grades com barras paralelas,
confeccionadas de ferro ou aço e em diferentes angulações, dependendo da
remoção que se deseja (fina ou grosseira). As grades podem operar
automaticamente ou em ciclos temporizados (LIU e LIPTÁK, 2000)
23
Figura1 Caixa de gradeamento.
FONTE: DAE Bauru
(http://www.daebauru.com.br/2014/esgoto/esgoto.php?secao=tratamento&pagina=10)
Equalização
A equalização é uma etapa de homogeneização do efluente de entrada no
processo de tratamento. A vazão e a qualidade do efluente a ser tratado devem
ser as mais uniformes possíveis, pois choques causados por sobrecarga no
sistema podem reduzir a eficiência do tratamento biológico (devido a picos ou
falta de cargas orgânicas) e diminuir a qualidade final do efluente, por causar
problemas nos sedimentadores (escape de lodo para o tratamento biológico).
(CASSINI, 2008)
Figura2 Tanque de Equalização da Malwee.
FONTE: http://dc112.4shared.com/doc/zdIdVg1y/preview.html
24
1.1.4.2. Tratamento Físico-Químico
O tratamento físico-químico é de extrema importância para a remoção de
sólidos e também auxilia na redução da matéria orgânica.Alguns efluentes
precisam passar por uma etapa de acidificação ou alcalinização, para ajustar o pH
e auxiliar na formação de compostos que serão precipitados pela ação de
coagulantes e floculantes (FERREIRA, LISBOA e MARQUES, 2013).
A remoção de sólidos que não podem ser degradados pelo lodo ativado é
importante para o tratamento biológico. Nesta etapa do processo deve ser retirada
a máxima quantidade de sólidos possível, para que as bactérias não encontrem
dificuldade ao degradarem a matéria orgânica.
Coagulação
Segundo Wimmer (2007), “a coagulação é empregada para a remoção de
material em suspensão ou coloidal.” O tamanho das partículas denominadas
coloides varia entre 1 a 0,1 nm. Pelo tamanho, não sedimentam e não podem ser
removidas pelos processos físicos convencionais.
Os coloides presentes em efluentes industriais são em sua maioria carregados
negativamente, criando forças de repulsão entre eles, o que impede sua
aglomeração e posterior sedimentação. O processo de coagulação consiste na
desestabilização das partículas coloidais, aumentando as colisões entre os
coloides e, assim, o crescimento do tamanho das partículas (METCALF & EDDY,
2003)
A coagulação ocorre devido a dois fenômenos, segundo Wimmer (2007): o
químico, resultante das reações do coagulante com a água e da formação de
espécies hidrolisadas com cargas positivas; o físico, que consiste no transporte
das espécies hidrolisadas para que haja contato entre os coloides presentes no
efluente.
25
Segundo Realli (2005), citado por Neves (2011), as cargas negativas
presentes nos coloides são equilibradas por cargas na fase líquida, formando a
chamada dupla camada elétrica. As forças de difusão e da atração eletrostática
dispersam cargas ao redor da dupla camada, formando uma camada difusa. A
Figura 3 representa a configuração eletrônica dos coloides.
Figura3 Configuração elétrica dos colóides. FONTE: http://qnint.sbq.org.br/qni/visualizarConceito.php?idConceito=26
Segundo Wimmer (2007), esta zona de cargas opostas ao coágulo que forma
a dupla camada é denominada camada de Stern. “O potencial elétrico causado
pela presença do colóide na água diminui com a distância, a partir da superfície
do mesmo, onde é denominado Potencial de Nernst (PN)” (WIMMER, 2007)
26
O potencial elétrico diminui linearmente até certo ponto entre a superfície do
colóide e as cargas contrárias. A partir deste ponto, a diminuição é exponencial e
passa pela fronteira das camadas compacta e difusa, onde o Potencial Elétrico é
denominado Potencial Zeta (LYKLEMA, 1978 apud WIMMER, 2007) Wimmer
(2007), citando Di Bernardo (2005), constata que:
[...] O conceito deste potencial está associado à aplicação da diferença depotencial em uma amostra de água contendo colóides negativos, de tal forma que certa porção do meio, em torno da partícula, caminha junto com esta ao eletrodo positivo, caracterizando o Plano de Cisalhamento.
O processo de coagulação é bastante rápido e deve ser processado à forte
agitação. Depois que há a formação dos coágulos, a mistura deve ser feita
lentamente, para que os coágulos não quebrem, ganhem peso e precipitem (DI
BERNARDO e DANTAS, 2005)
Considera-se a coagulação como 4 mecanismos distintos, segundo descrito
por Di Bernardo (2005), citado por WIMMER (2007):
Compressão da camada dupla elétrica: ao adicionar elevadas cargas
de íons positivos e negativos na água, há um aumento do número de
íons na camada difusa, que diminuem seu volume para manter sua
estabilidade. Desta maneira, as forças Van der Wallssão dominantes e
eliminam a estabilizaçãoeletrostática.
Adsorção e neutralização: como há a ionização do coagulante em
água, os cátions neutralizam a carga negativa dos colóides. Microflocos
são formados e retém a carga positiva devido à adsorção de H+. Estes
microflocos neutralizam e cobrem as partículas coloidais.
Varredura: pode ocorrer a formação de precipitados do tipo Al(OH)3,
cujos flocos são maiores e sedimentam ou flotam mais facilmente que
os flocos formados pelo mecanismo de adsorção e neutralização.
Adsorção e formação de pontes: caracteriza-se por envolver o uso de
polímeros, que funcionam como ponte entre a superfície em que estão
aderidos e outras partículas.
27
A Figura 4 apresenta a diferença da adsorção e neutralização em comparação
com a varredura.
Figura 4 Coagulação via adsorção/neutralização e via varredura. FONTE: Di Bernardo (2005)
O coagulante mais usado em tratamentos de efluentes é o Sulfato de Alumínio
(Al2(SO)3.18H2O). Segundo Santos (2011), este coagulante é excelente na
formação de flocos, tem baixo custo, fácil transporte e manejo. O pH ótimo para
aplicação do sulfato está entre 5 e 8.
Outro coagulante importante para o tratamento de efluentes é o Policloreto de
Alumínio (PAC). De acordo com Santos (2011), o PAC é um sal de alumínio
polimerizado, e por possuir esta estrutura molecular condensada com pontes de
hidrogênio entre átomos de alumínio, apresenta vantagens na floculação em
relação a outros coagulantes não pré-polimerizados. Uma de suas vantagens é a
maior concentração do elemento ativo (Al2O3).
Santos (2011) afirma que o PAC é efetivo em uma larga escala de pH e forma
flocos grandes e pesados, auxiliando na precipitação, além de remover
eficientemente a carga orgânica /inorgânica do efluente. Uma desvantagem de
seu uso é o custo elevado, quando comparado ao Sulfato de Alumínio.
28
Floculação
A floculação é um processo auxiliar à coagulação, pois nesta etapa os
coágulos que possam estar suspensos em água ganham massa para
decantarem. A floculação promove o contato mais eficiente entre o coagulante e
as partículas (PRIETO, MOYA & VIEDMA, 2009).
A floculação pode ocorrer apenas por meio físico (ação de decantadores
com agitação lenta), ou com o auxílio de floculantes químicos. Estes floculantes
geralmente são polieletrólitos constituídos de poliacrilamida. (NOVAIS, 2012)
São lineares e solúveis em água, e sua carga elétrica pode ser positiva ou
negativa. Podem ainda ser neutros. Se o polímero for aniônico, ele atrairá cargas
positivas (sais e hidróxidos metálicos); se for catiônico, fará ligações com
substâncias orgânicas, por exemplo. Os neutros não possuem carga, portanto
interagem de maneira diferenciada (DI BERNARDO et. al, 2002).
A Figura 4 apresenta um exemplo das etapas de coagulação e floculação.
Figura5Efluente após coagulação e floculação.
FONTE: http://www.belquimica.ind.br/estacoes-tratamento-efluente-afluente.php
Após receber as dosagens de coagulante e floculante, o efluente é direcionado
aos decantadores, que separarão o lodo formado do efluente, que passará agora
29
por um tratamento biológico, se necessário. Existem outros tipos de separação de
sólidos, como: flotadores, peneiras, entre outros. A Figura 5 mostra dois
decantadores.
Figura6Decantadores Primários
FONTE: http://www.sigma.ind.br/produtos/removedores-de-lodo
1.1.4.3. Tratamento Biológico
Para muitos efluentes, esta é a etapa mais importante do processo. É no
tratamento biológico que há a remoção mais significativa da matéria orgânica,
para muitos efluentes. O processo biológico pode se dar de maneira aeróbia ou
anaeróbia. Estes conceitos serão apresentados a seguir.
Tratamento Biológico Anaeróbio
Segundo Neto (1992) e Torpy (1988) apudCassini (2008), a digestão
anaeróbia é um processo de decomposição orgânica e inorgânica realizado por
diversos micro-organismos na ausência de oxigênio. Os produtos finais destas
decomposições são o biogás (CH4, CO2 e pequenas frações de H2S e H2) e uma
pequena porção de lodo excedente. De toda a DQO afluente ao processo, 75 a
85% são convertidos em biogás, 5 a 10% em lodo excedente e 10 a 15% da DQO
permanece no efluente. Este tipo de tratamento é feito em reatores anaeróbios
(UASB e RAFA).
30
Tratamento Biológico Aeróbio
O tratamento aeróbio pode ser realizado por diversos métodos: Lodos
Ativados, Sistemas de Lagoas e Filtros Biológicos (PINTO, 2009). O sistema
tratado neste trabalho será o Lodo Ativado, já que o Complexo Químico estudado
utiliza este tipo de Tratamento Biológico.
O termo Lodo Ativado corresponde a uma cultura microbiológica na forma de
flocos (AQUA ENGENHARIA). Neste processo, o efluente (industrial ou
doméstico) e o lodo ativado são introduzidos, misturados e aerados em tanques
de aeração, onde bactérias aeróbias e facultativas são mantidas em suspensão.
(JOÃO e PESSOA, 1995 apud MACHADO, 2010)
Nos tanques de aeração há a entrada contínua de carga orgânica, o que
possibilita o crescimento e a reprodução dos micro-organismos (MACIEL, 2002).
Os micro-organismos, em presença de oxigênio, oxidam a matéria orgânica em
formas mais simples, como CO2 e água.
Após ser tratado biologicamente, o efluente é direcionado para decantadores,
que separarão os flocos microbianos do efluente tratado. Parte do lodo retorna ao
tanque de aeração, aumentando a concentração de micro-organismos
(SANT’ANNA JR., 2010 apudMACHADO, 2010).
A Figura 6 mostra um Tanque de aeração em funcionamento.
Figura7 Tanque de aeração (Lodo Ativado)
FONTE: http://meioambientedjc.blogspot.com.br/2011/10/ete-tratamento-secundario.html
31
Os principais parâmetros de controle no Sistema de Lodo Ativado são (AQUA
ENGENHARIA):
Demanda Bioquímica de Oxigênio;
Demanda Química de Oxigênio;
Sólidos Suspensos Totais;
Sólidos Suspensos Voláteis: Este valor é considerado como a
quantidade provável de micro-organismos presentes no lodo, que
volatilizam a altas temperaturas. Dos Sólidos Suspensos Totais, a fração
que não volatiliza é considerada como matéria. (SCHMITT,
WESCHENFELDER & VIDI, 2006)
Temperatura;
pH;
Índice Volumétrico de Lodo: Indica o quão sedimentável é o lodo
biológico;
Oxigênio Dissolvido: Quantidade de oxigênio presente no tanque de
aeração para garantir a respiração dos micro-organismos e consequente
degradação da matéria orgânica;
Taxa de Recirculação: Razão entre a vazão de retorno do lodo ao tanque
de aeração e a vazão de efluente bruto que chega ao tanque;
Idade do Lodo: Tempo de residência do lodo no sistema. Este aspecto é
de grande importância para efluentes cujas características são
semelhantes e não variam muito com o tempo;
A Idade do Lodo é calculada por (AQUA ENGENHARIA):
Fator de Carga: relação entre DQO introduzida no tanque de aeração e
quantidade de bactérias que consumirá esta carga. Este fator é de extrema
importância para tratamento de efluentes que têm suas características
bastante variáveis.
A fórmula para cálculo do Fator de Carga é (AQUA ENGENHARIA):
32
Quanto maior for o valor do Fator de Carga, pode-se dizer que o sistema
opera a altas taxas de “alimento” para as bactérias. Quanto menor for o número,
mais bactérias disponíveis há para a degradação da matéria. (AQUA
ENGENHARIA)
A Figura 7 apresenta a relação do Fator de Carga com a Idade do Lodo e a
remoção de DBO pelo tratamento biológico.
Figura 8 Principais parâmetros a serem controlados no tratamento biológico. FONTE: AQUA ENGENHARIA
É possível observar pela análise do gráfico que, quanto maior for o Fator de
Carga, menor será a taxa de remoção de DBO, já que a quantidade de matéria
será muito superior à quantidade de micro-organismos disponíveis para consumi-
la. Quanto menor o Fator de Carga, maior será a Remoção de DBO, porém a
Idade do Lodo aumenta significamente.
33
1.1.5. Legislação
O CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente), segundo seu website, é o
órgão federal responsável por estabelecer as normas e critérios para o
licenciamento das atividades efetivas ou potencialmente poluidoras, determinar a
realização de estudos de alternativas e possíveis consequências ambientais de
projetos públicos ou privados, estabelecer normas relativas ao controle e
manutenção da qualidade do meio ambiente, entre diversas outras atividades.
O órgão responsável por garantir que os parâmetros exigidos pelo CONAMA
sejam atendidos, no estado de São Paulo, é a CETESB (Companhia Ambiental do
Estado de São Paulo). Segundo o site da CETESB, este órgão estadual é
responsável pelo controle, fiscalização, monitoramento e licenciamento de
atividades geradoras de poluição.
A crescente preocupação com o Meio Ambiente acarreta em controles cada
vez mais rígidos das características das águas residuais. De acordo com o
Decreto Nº 8468 – Artigo 18 da CETESB, diversas são as exigências para
lançamento de efluentes no meio ambiente. Alguns exemplos são:
pH entre 5 e 9;
temperatura inferior a 40 ºC;
materiais sedimentáveis até 1,0 ml/L em teste de uma hora em “cone
imhoff1”;
DBO 5 dias, 20 ºC no máximo de 60 mg/L. Este limite somente poderá
ser ultrapassado no caso de o efluente ter sua DBO 5 dias, 20 ºC
reduzida em 80% com relação ao efluente sem tratamento;
Regime de lançamento com vazão de, no máximo, 1,5 vezes a vazão
média diária.
Não existe uma obrigatoriedade com relação à remoção de DQO imposta pela
CETESB ou pelo CONAMA, mas algumas legislações ambientais estaduais
estabelecem limites máximos para lançamentos (AQUINO, SILVA e
1 Cone Imhoff é uma vidraria de laboratório essencial para testes de sedimentação.
34
CHERNICHARO, 2006). Vários outros parâmetros são controlados, inclusive
concentração de metais e outros compostos, como mostrado na Tabela 3.
Tabela 1 Parâmetros exigidos pela CETESB para descarte de efluentes.
Parâmetro Concentração (mg/L)
Arsênico 0,2
5,0
5,0
0,2
0,5
0,2
1,0
0,1
5,0
4,0
0,5
15,0
10,0
1,0
0,01
2,0
0,02
0,02
Bário
Boro
Cádmio
Chumbo
Cianeto
Cobre
Cromo hexavalente
Cromo total
Estanho
Fenol
Ferro Solúvel
Fluoretos
Manganês solúvel
Mercúrio
Níquel
Prata
Selênio
FONTE: Decreto Nº 8468 – Artigo 18 da CETESB
35
2. METODOLOGIA
O presente trabalho foi realizado para determinar a eficiência do uso do
Policloreto de Alumínio em substituição ao Sulfato de Alumínio no processo de
coagulação dos sólidos suspensos. Foram conduzidos ensaios de bancada em
Jar Test, a fim de se determinar se o PAC é viável tecnicamente. Se a
substituição for viável tecnicamente, será realizado um estudo para as análises de
viabilidade econômica.
2.1. Caracterização da Estação de Tratamento de Efluentes
O objeto de estudo deste trabalho foi a Estação de Tratamento de Efluentes
de um Complexo Químico localizado no Vale do Paraíba, interior do estado de
São Paulo. O site conta com mais de 10 prédios produtivos com diferentes
finalidades e produções. Dispersões plásticas, produtos auxiliares para couro,
tintas, defensivos agrícolas, poliuretanos, entre outros produtos são produzidos no
site.
A grande diversidade de produções no Complexo Químico confere uma
variação enorme na qualidade do efluente. Não há uma constância nas
características das águas residuais. O tratamento do esgoto doméstico se dá
juntamente com o tratamento do efluente industrial.
O tratamento dos efluentes oriundos do site é feito através dos processos:
preliminar (equalização), primário (físico-químico) e secundário (biológico), de
acordo com o esquema apresentado na Figura 7.
36
Figura9 Esquematizaçãoda ETE estudada. FONTE: Do autor.
37
A etapa preliminar de equalização visa homogeneizar o efluente, a fim de
evitar picos de cargas hidráulicas e orgânicas no sistema. Apesar de passar pela
equalização, o efluente que é tratado tem características oscilantes, o que
prejudica muitas vezes a ação das bactérias e a sedimentação dos sólidos.
O tratamento primário é dividido em:
Acidificação – o efluente entra no processo com o pH próximo de 12.
Ácido Sulfúrico concentrado (98%) é dosado até pH 4,
aproximadamente, para que haja a formação de sulfatos que serão
posteriormente coagulados e precipitados.
Neutralização – é feita com Hidróxido de Sódio. A adição da base tem
por finalidade ajustar o pH para as próximas etapas e auxiliar na
formação de lodo.
Coagulação – é feita com Sulfato de Alumínio. Após a dosagem de
coagulante, o efluente passa por uma mistura rápida, passando por
canaletas com chicanas, até chegar ao ponto de dosagem do
floculante.
Floculação – é feita com um polímero aniônico. A dosagem do polímero
é realizada já na saída do tratamento primário. Após a dosagem, o
efluente é direcionado ao decantador primário, onde os sólidos
decantarão serão encaminhados ao filtro prensa. O efluente passa
então ao tratamento biológico.
No tanque de aeração, o efluente tem a maior parte de sua carga orgânica
removida pela ação de bactérias e protozoários, pelo sistema de Lodo Ativado. O
oxigênio é um fator limitante do processo, já que muitas vezes não é suficiente
para suprir a necessidade dos micro-organismos, que recebem por diversas
vezes picos de carga orgânica e hidráulica.
Após sair do tanque de aeração (ou Valo de Oxidação), a mistura de lodo
ativado e efluente tratado é direcionada ao decantador secundário. O lodo retorna
ao tanque e o efluente é então descartado no Rio Paraíba, de onde foi captada a
água para os processos. O lodo em excesso é encaminhado ao filtro prensa,
juntamente com o lodo do tratamento primário.
38
2.2. Caracterização do Efluente
A Tabela 4 mostra os dados médios de Sólidos Suspensos Totais do AVO no
período de Novembro/2013 a Abril/2014. O controle de sólidos nesta etapa do
tratamento passou a ser realizada para um melhor controle da estação.
Tabela 2 Sólidos Suspensos Totais no AVO.
Meses AVO (mg/L)
nov/13 44
dez/13 45
jan/14 32
fev/14
mar/14
abr/14
54
66
50
*Antes de Novembro/2013 não era feito um controle dos SST no AVO.
FONTE: Planilhas Internas de Controle da Estação
O teor de Sólidos Suspensos Totais no Efluente Tratado também passou a ser
medido em Novembro, e seus resultados estão apresentados na Tabela 5.
Tabela 3 Sólidos Suspensos Totais no ET.
Meses ET (mg/L)
nov/13 67
dez/13 61
jan/14 58
fev/14
mar/14
abr/14
86
58
82
FONTE: Planilhas Internas de Controle da Estação
39
Outros parâmetros como concentração de metais, fenóis, pH, entre outros,
também são controlados, porém não apresentam anormalidades e por este
motivo não serão apresentados.
As Tabelas 6 e 7 apresentam os valores médios de DQO e DBO em cada
etapa do tratamento, durante o ano de 2013. É possível observar a eficiência de
cada etapa do tratamento.
Os valores médios de DBO em cada etapa do tratamento demonstram que os
processos químicos não conseguem diminuir com eficácia a matéria orgânica, e
por este motivo o tratamento biológico se torna ainda mais importante.
A possível substituição do coagulante tem o objetivo de melhorar ainda mais a
remoção de sólidos, auxiliando consequentemente na remoção de matéria
orgânica no processo biológico.
A vazão média de efluente na Estação é de 200 m3/h aproximadamente.
Tabela 4 Remoção de DQO na Estação por etapa e total.
Meses EQ AVO ET Remoção DQO
Trat.Primário
Remoção DQO
Trat.Secundário
Remoção
DQO Total
jan/13 2986 1342 364 55,06% 72,88% 87,81%
fev/13 3083 1227 349 60,20% 71,56% 88,68%
mar/13 2864 1357 382 52,62% 71,85% 86,66%
abr/13 2898 1536 440 47,00% 71,35% 84,82%
mai/13 3857 1181 446 69,38% 62,24% 88,44%
jun/13 3070 1240 585 59,61% 52,82% 80,94%
jul/13 2768 1525 802 44,91% 47,41% 71,03%
ago/13 3669 1835 597 49,99% 67,47% 83,73%
set/13 3810 1845 297 51,57% 83,90% 92,20%
out/13 4182 2162 483 48,30% 77,66% 88,45%
nov/13 3831 2088 370 45,50% 82,28% 90,34%
dez/13 3467 1924 587 44,51% 69,49% 83,07%
FONTE: Planilhas Internas de Controle da Estação
40
Tabela 5 Remoção de DBO na Estação por etapa e total.
Meses EQ AVO ET Remoção DBO
Trat.Primário
Remoção DBO
Trat.Secundário
Remoção
DBO Total
jan/13 724 575 68 20,58% 88,17% 90,61%
fev/13 804 594 62 26,12% 89,56% 92,29%
mar/13 998 719 70 27,96% 90,26% 92,99%
abr/13 979 726 110 25,84% 84,85% 88,76%
mai/13 1043 511 74 51,01% 85,52% 92,91%
jun/13 1147 626 222 45,42% 64,54% 80,65%
jul/13 837 751 316 10,27% 57,92% 62,25%
ago/13 1111 939 183 15,48% 80,51% 83,53%
set/13 1265 1059 71 16,28% 93,30% 94,39%
out/13 1349 1126 144 16,53% 87,21% 89,33%
nov/13 1472 1223 109 16,92% 91,09% 92,60%
dez/13 1185 1024 189 13,59% 81,54% 84,05%
FONTE: Planilhas Internas de Controle da Estação
2.3. Materiais e Métodos
Para a realização dos testes de coagulação e sedimentação dos sólidos
suspensos no efluente, utilizando como coagulantes o Sulfato de Alumínio e o
Policloreto de Alumínio, foram utilizados os seguintes equipamentos e reagentes:
Jar Test;
Provetas;
Micropipeta;
Solução de Ácido Sulfúrico 98%;
Solução de Hidróxido de Cálcio 10%;
Solução de Sulfato de Alumínio 50%;
Solução de Policloreto de Alumínio;
Solução de Polieletrólito Aniônico.
41
A seguir serão apresentadas as especificações dosprodutos utilizadosnos
testes.
Tabela 6 Especificações do PAC
Item Especificação
Aspecto Líquido límpido
Cor Âmbar
Cl-, % 19,95
Al2O3, % 17,21
Densidade a 25ºC, g/cm3 1,36
pH a 25ºC 0,43
FONTE: Certificado de Análise do Fornecedor
Tabela 7 Especificações do Sulfato de Alumínio
Item Especificação
Aspecto Líquido,podendo conter precipitações em virtude de
variações climáticas, alterando sua solubilidade.
Cor Incolor a marrom claro
Odor Característico
pH a 25ºC 3,5 (solução a 1%)
Densidade a 25ºC, g/cm3 1,31
FONTE: Ficha de Dados de Segurança do Fornecedor
Pela análise do consumo médio mensal de Sulfato de Alumínio e a quantidade
de efluente tratada, foifixado o referencial para comparações. Em Jar Test
foramtestadas diferentes dosagens de PAC, sempre comparando os resultados
de Sólidos Suspensos Totais com os obtidos com o Sulfato de Alumínio.
A Figura 8 apresentao esquema de um Jar Test, e a Figura 9 apresenta o
próprio equipamento utilizado nos testes.
42
Figura10Jar Test. FONTE: MACHADO, 2012
Figura 11Jar Test utilizado no estudo. FONTE: Do autor.
O equipamento é composto por seis jarros que são agitados simultaneamente.
O efluente foi adicionado em volumes iguais nos seis jarros, já acidificado e
neutralizado, para não haver interferências devido a diferentes dosagens. Em
seguida foram adicionadas diferentes dosagens de PAC e a dosagem fixa de
Sulfato, simulando o processo já realizado pela Estação.Foi testada também uma
dosagem maior de Sulfato de Alumínio, para que pudesse ser analisada a
possibilidade de aumento de sua dosagem, em detrimento de sua substituição por
Policloreto de Alumínio.
43
Após a realização doJar Test,foram realizadas análises de Sólidos Suspensos
Totais e Demanda Química de Oxigênio no efluente clarificado, visando a
determinação de qual coagulante atua melhor, tecnicamente e economicamente.
44
2.4. Procedimentos de Análises Laboratoriais
2.4.1. Sólidos Suspensos Totais
Para a determinação de Sólidos Suspensos Totais, a amostra de efluente foi
homogeneizada e filtrada através de papel de filtro de fibra de vidro contido em
um cadinho de Gooch previamente pesado. O resíduo retido no filtro foi seco a
103-105ºC e pesado. O incremento de peso representa a quantidade de sólidos
suspensos totais (STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATION OF WATER
AND WASTEWATER, 2012).
Figura12 Ensaio de Análise de SST. FONTE: Do autor.
Segundo o Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater
(2012), para a determinação de sólidos fixos e voláteis, o resíduo seco foi
calcinado a 550ºC. O resíduo deste processo representa os sólidos fixos,
enquanto que o peso “perdido” representa os sólidos voláteis.
Figura13 Ensaio de Análise de SSV e SSF. FONTE: Do autor.
45
2.4.2. Demanda Química de Oxigênio
A Demanda Química de Oxigênio expressa a quantidade de Dicromato de
Potássio que reage com as substâncias oxidáveis presentes em 1 litro da amostra
sob condições específicas do método, que serão mostradas adiante. O Cr+6 é
convertido em Cr+3, apresentando mudança de coloração.
A amostra aquosa é oxidada com solução sulfúrica à quente de Dicromato de
Potássio, utilizando sulfato de prata como catalisador. À medida que o Dicromato
é consumido, o íon Cr3+ é liberado, conferindo uma coloração esverdeada à
solução. Quanto mais substâncias oxidáveis presentes, maior será a liberação de
íons e mais intensa será a cor verde.
A concentração de DQO é proporcional à absorbância da amostra após adição
de reagentes que lhe conferem coloração. Esta absorbância é referenciada na
curva de calibração do método, que se encontra na memória do equipamento,
inserida pelo fornecedor.
Para a realização da análise, são realizados os seguintes procedimentos:
1) A amostra de efluente é equalizada, e então 3mL são adicionados ao tubo
reagente, contendo uma quantidade conhecida de Dicromato de Potássio.
2) Imediatamente, a amostra é fechada e agitada com precaução devido a
elevada temperatura do frasco (reação de oxidação).
3) No termo reator, o tempo de reação e a temperatura são estabelecidos
(para esta análise, 148°C e 120 minutos). Após o pré-aquecimento do
aparelho, a amostra é adicionada ao aparelho.
4) Após o tempo selecionado (120 minutos), o tubo reagente é transferido
para um suporte, onde será resfriado, por aproximadamente 10 minutos.
5) Após este tempo, o tubo deve ser agitado e deve ter sua temperatura
ambiente, sem que haja o forçamento do resfriamento.
6) O Espectrofotômetro já possui o teste do branco em sua memória, e por
este motivo não é necessário realizar o ajuste do zero. O tubo é inserido na
cela de medição do aparelho e tem sua absorbância medida.
46
O cálculo da DQO é realizado da seguinte maneira, de acordo com o
procedimento interno:
onde:
C – concentração;
Abs – absorbância medida;
b – coeficiente linear da curva de calibração;
a – coeficiente angular da curva de calibração.
O aparelho calcula automaticamente a concentração utilizando a curva contida
na sua memória e mostra o resultado na tela em mg/L.O Limite de Detecção do
aparelho é de 15 mg/L, e o Limite de Quantificação é 56 mg/L.
47
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Antes de se dar início aos testes foicalculado as dosagens de Sulfato de
Alumínio e Polímero Floculante a serem adicionadas à amostra que foi utilizada
como padrão de comparações, já que apresenta as mesmas condições do
efluente tratado atualmente pela Estação.
Foram analisados os consumos médios mensais de Sulfato de Alumínio e
Polímero, além da quantidade de efluente tratada em um mês. Com esta relação,
foi possível calcular aproximadamente quanto é dosado dos produtos no efluente.
Tabela 8 Dados de consumo de Insumos e quantidade de Efluente Tratada
Dados referentes a 1 mês Valor
Quantidade de Efluente Tratado 183.768 m3
Consumo de Sulfato de Alumínio (solução) 145.731 kg
Consumo de Polímero Aniônico (sólido) 192 kg
FONTE: Planilhas Internas de Controle da Estação
Foram então relacionados os consumos de produtos com a quantidade de
efluente tratada, a fim de se encontrar as dosagens a serem utilizadas nos testes.
A seguir serão apresentados os cálculos para o Sulfato de Alumínio e para o
Polímero. As alíquotas a serem tratadas nos testes foram de 2L.
Dosagem de Sulfato de Alumínio
çã í
Considerando a densidade da solução de Sulfato de Alumínio:
48
çã í
çã í
Então:
çã í
çã í
Para 2 L de efluente são dosados 1,6 mL de solução de Sulfato de Alumínio.
Dosagem de Polímero
í ó
í ó
í ó
í ó
A solução de polímero preparada pela empresa tem concentração 0,2%m/m, o
que leva a:
í ó çã í
í çã í
çã í
Considerando a densidade da Solução aproximadamente 1g/cm3, tem-se que:
çã í
Para 2 L de efluente são dosados 1,05 mL de solução de Polímero.
49
Primeiramente, o efluente bruto, antes de passar por qualquer tratamento, foi
amostrado e encaminhado ao laboratório, onde foi acidificado até pH 4 e
neutralizado com solução de Hidróxido de Cálcio 10%, nas mesmas condições de
tratamento da planta.
Após a determinação das dosagens de Sulfato de Alumínio e Polímero para a
alíquota que foi utilizada como padrão para futuras comparações (conforme
cálculos acima), foram então estabelecidas as dosagens de PAC para as outras
alíquotas (o fornecedor sugeriu algumas dosagens).Foi analisada também a
influência de um aumento na dosagem de Sulfato de Alumínio, a fim de se
determinar se este aumento pode dispensar a substituição do coagulante. A
dosagem de Polímero foi mantida para todas as alíquotas.
O efluente foi despejado nos jarros (alíquotas de 2L), já acidificado e
neutralizado. Com todas as dosagens estabelecidas, deu-se início ao Jar Test. A
rotação das pás foi mantida alta durante a etapa de adição de Sulfato de Alumínio
e PAC em cada amostra, para que o produto pudesse interagir com os coloides
da maneira adequada. Posteriormente, a rotação das pás for diminuída e então foi
adicionado o polímero em todas as amostras, na mesma dosagem. Com isso
ocorreu o processo de decantação dos flocos formados. Os parâmetros físicos do
teste estão apresentados na Tabela 11.
Tabela 9 Parâmetros físicos do Jar Test.
Parâmetros Valor
Tempo de mistura rápida 40 segundos
Tempo de mistura lenta 10 minutos
Tempo de decantação 20 minutos
FONTE: Do autor.
A Figura 12 mostra os aspectos das amostras após adição de coagulante e
floculante, enquanto os flocos estavam em formação.
50
Figura 14 Amostras em estágio de floculação. Fonte: Do autor
51
Observou-se que os flocos formados nas amostras (b) e (c) apresentaram
dificuldades de sedimentação. As amostras (a), (d) e (e) conseguiram sedimentar
facilmente, demonstrando melhor desempenho.
É importante analisar o comportamento das amostras após sedimentação
total, já que a quantidade de lodo formada também é um aspecto importante a ser
analisado. Relacionando com o processo em grande escala: quanto maior o
volume ocupado pelo lodo, pior será a raspagem do lodo pela ponte raspadora do
decantador.
A Figura 13 apresenta os detalhes do lodo formado em cada amostra.
52
Figura 15 Amostras após decantação. Fonte: Do autor
53
Após a realização do Jar Test, amostras do efluente clarificado foram retiradas
para análises de Sólidos Suspensos Totais e Demanda Química de Oxigênio. Os
resultados das análises estão apresentados na Tabela 12.
Tabela 10 Resultados de DQO e SST.
Amostra DQO (mg/L) SST (mg/L)
Efluente Equalizado 3240 1590
(a) Sulfato de Alumínio (1,5 mL) 1392 48
(b) Policloreto de Alumínio (0,5 mL) 1388 40
(c) Policloreto de Alumínio (1,0 mL) 1404 16
(d) Policloreto de Alumínio (1,5 mL) 1388 16
(e) Sulfato de Alumínio (2,0 mL) 1364 16
FONTE: Laudo do Laboratório Interno
A Figura 14 apresenta os resultados das análises das amostras comparadas
ao efluente equalizado. A Figura 15 apresenta as taxas de remoções de DQO e
SST.
Figura 16 Resultados de DQO e SST. FONTE: Do autor.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
EQ (a) (b) (c) (d) (e)
SS
T (
mg
/L)
DQ
O (
mg
/L)
DQO e SST por Amostra
DQO (mg/L) SST (mg/L)
54
Figura 17 Remoção de DQO e SST. FONTE: Do autor.
A análise dos gráficos permite afirmar que a remoção de Demanda Química
de Oxigênio para todas as amostras foi semelhante, o que não revela grande
vantagem de um coagulante em relação ao outro. Outro aspecto que pode ser
observado pela análise da redução de DQO é a característica biodegradável do
efluente. Por via química, foi possível reduzir aproximadamente 57% da DQO, o
que significa que grande parte da matéria orgânica só pode ser reduzida
biologicamente, dando característica biodegradável ao efluente.
A remoção de Sólidos Suspensos Totais variou de 98,52% a 99,51%, o que
mostraótimo desempenho de ambos os produtos. As amostras tratadas com
Policloreto de Alumínio apresentam as melhores taxas de remoção nas amostras
(c) e (d). Já o Sulfato de alumínio apresentou a melhor remoção de todas as
análises (na amostra (e)).
A substituição do Sulfato de Alumínio por Policloreto de Alumínio é vantajosa
se trouxer benefícios operacionais/logísticos expressivos e redução/equiparação
95,0%
95,5%
96,0%
96,5%
97,0%
97,5%
98,0%
98,5%
99,0%
99,5%
100,0%
50,0%
51,0%
52,0%
53,0%
54,0%
55,0%
56,0%
57,0%
58,0%
59,0%
(a) (b) (c) (d) (e)
Rem
oção
de S
ST
(%
)
Rem
oção
de D
QO
(%
)
Taxas de Remoção de DQO e SST
DQO SST
55
de custos que justifiquem tal troca. A seguir serão apresentadas as análises de
cada aspecto a ser considerado.
3.1. Operação
Com relação à operação da Estação de Tratamento de Efluentes, a
substituição do Sulfato de Alumínio pelo Policloreto de Alumínio não traria muitas
mudanças. É possível observar, pelos resultados obtidos, que o PAC é eficiente
até em dosagens3 vezes menores que a dosagem atual de Sulfato de Alumínio,
apresentando resultados semelhantes, apesar de que, quando dosado em
maiores quantidades (amostras (c) e (d)), apresenta melhores resultados.
Se a dosagem de (b) fosse eleita para substituir a dosagem atual de Sulfato
de Alumínio, um possível impasse na operação do PAC poderia ser o ajuste da
dosagem automática, já que a vazão seria muito inferior à vazão de coagulante
atual, fazendo-se necessárias substituições de bomba e válvulas controladoras de
vazão.
Uma desvantagem observada nos testes de decantação, com relação ao
PAC, é o maior volume de lodo gerado, apesar de pouca diferença com relação
ao lodo formado pelo Sulfatode Alumínio. Os flocos formaram um lodo leve, que
poderia ocupar um grande volume nos decantadores, caso estivesse sendo
utilizado industrialmente. Isto não é interessante, já que se preza pelo lodo mais
compacto e com menor teor de umidade para as etapas de descarte.
3.2. Logística
Analisando o cenário logístico, a substituição do Sulfato de Alumínio por PAC
traria vantagens, já que o PAC é utilizado atualmente na Estação de Captação de
Águas da empresa. Desta maneira, seria possível reduzir a gestão de diferentes
contratos de fornecedores de coagulantes químicos e possivelmente haveria uma
redução no custo do insumo, devido à maior demanda.
56
Além disto, foi observado que o PAC pode ser dosado em quantidades
menores que o Sulfato de Alumínio, sem prejudicar de maneira significativa a
remoção de sólidos, o que reduziria a frequência de abastecimento de produto na
Estação. Atualmente há apenas um operador trabalhando na Estação por turno, e
a redução do descarte de produto aumentaria a disponibilidade do operador para
outras atividades.
3.3. Custos
O custo atual do Sulfato de Alumínio é de R$ 0,19/kg, enquanto o preço do
PAC gira em torno de R$ 0,95/kg. Como analisado anteriormente, a dosagem de
PAC pode ser inferior a de Sulfato de Alumínio, embora gere um maior volume de
lodo e resultados não tão eficientes de remoção de sólidos.
Se a substituição ocorresse na dosagem mínima de PAC testada (0,5mL para
2L de efluente), o preço específico do PAC por volume de efluente tratado seria
de aproximadamente R$ 0,31/m3. Atualmente, o preço específico do Sulfato de
Alumínio por volume de efluente tratado é de aproximadamente R$ 0,19/m3.
Na dosagem da amostra (c) (1,0mL de PAC para 2L de efluente), que
apresentou os melhores resultados deste coagulante, o preço do coagulante por
volume de efluente tratado subiria para R$ 0,62/m3. Em compensação, se a
dosagem de Sulfato de Alumínio fosse incrementada (na proporção da amostra
(e)), o preço do coagulante por m3 de efluente tratado seria de R$ 0,25/m3.
3.4. Considerações finais
O estudo visa o aumento da remoção de sólidos, e por este motivo sugere-se
que a empresa incremente a dosagem de Sulfato de Alumínio, já que apresentou
as melhores condições de remoção. A substituição do Sulfato de Alumínio pelo
PAC poderia trazer benefícios como menor dosagem e trato com apenas um
fornecedor, porém a remoção seria semelhante a atual, cenário o qual se deseja
57
melhorar. Se a dosagem de PAC fosse incrementada, haveria um aumento
significativo nos custos, o que provavelmente barraria a aceitação da substituição
pela gerência.
Devido à frequente mudança nas características do efluente, sugere-se
também que os operadores realizem JarTestssempre que julgarem necessário,
para que haja uma adequação das dosagens de insumos.
.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
AQUA ENGENHARIA. Manual de Operação – Lodos Ativados. Disponível em http://www.acquaeng.com.br/wp-content/uploads/2010/01/manuallodosativados1.pdf Acessado em 09/03/2014.
AQUINO, S. F.; SILVA, S. Q.; CHERNICHARO, C. A. L. Considerações práticas sobre o teste de Demanda Química de Oxigênio (DQO) aplicado a análise de efluentes anaeróbios. Engenharia Sanitária Ambiental - Volume 11. Out/dez 2006. 295-304. 2006.
BISPO, N. Tratamento de Água para Abastecimento Público. Departamento de Química e Ambiental.
CARDOSO, A. A.; ROSA A. H.; ROCHA, J.C. Introdução a Química Ambiental. Editora Bookman Companhia ED. 2ª edição. 2009.
CASSINI, A. S. Estudo de Processos Alternativos no Pré-tratamento de Efluentes Provenientes da Produção de Isolados Protéicos. Tese de Doutorado. Universidade Federal do Rio Grande do Sul – Departamento de Engenharia Química. Porto Alegre. 2008.
CONAMA. <http://www.mma.gov.br/port/conama/> Acessado em07/03/2014.
Decreto Nº 8468 – Artigo 18 da CETESB Disponível em: http://www.cetesb.sp.gov.br/Institucional/documentos/Dec8468.pdf Acessado em 10/03/2014
DI BERNARDO, L.; DANTAS, A. D. B. Métodos e técnicas de tratamento de água. Volume 1 - 2ªedição. São Carlos. RiMa. 2005.
DI BERNARDO, L.; DI BERNARDO, A.; CENTURIONE FILHO, P. L. Ensaios de Tratabilidade de água e dos residues gerados em Estações de Tratamento de Água. Editora RiMa. 1ª edição. 248 p. 2002.
FERREIRA, A. C.; LISBOA, J. S.; MARQUES, R. O..Operação de Estações de Tratamento de Efluentes. H2O Engenharia. Material de Treinamento. 2013.
GIORDANO, G.. Tratamento e Controle de Efluentes Industriais.2004 Departamento de Engenharia Sanitária e do Meio Ambiente – UERJ. Disponível em: <xa.yimg.com/kq/groups/24138517/1421219182/name/Apostila%2B-%2BTratamento%2Bde%2Befluentes%2Bindustriais.pdf+&cd=1&hl=pt-BR&ct=clnk&gl=br>Acessado em 06/03/2014.
GIORGI, C. F.; WADA, L. M..Tratamento de Efluentes Líquidos de Petroquímica. Universidade de São Paulo - Escola Politécnica. Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária. 2006.
GRANER, C. A. F.; ZUCCARI, M. L.; PINHO, S. Z. Determinação da demanda química de oxigênio em águas por espectrofotometria simultânea dos ions crômio III e dicromato. Eclética Química – Volume 23. São Paulo. 1998.
JORDÃO, E. P.; PÊSSOA, C. A. Tratamento de Esgotos Domésticos. 3ª edição. Rio de Janeiro: ABES , 1995. Pp. 47-50 Em: MACHADO, C. R. A. Avaliação de Processo de lodos Ativados combinado com Carvão Ativado em Pó no Tratamento de Efluente de Refinaria de Petróleo. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal do Rio de Janeiro – Programa de Pós-Graduação em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos. Rio de Janeiro. 2010.
KHANSORTHONG S.; HUNSOM M..Remediation of wastewater from pulp and paper mill industry by electrochemical technique.Chemical Engineering Journal 151, 228-234.2009.
LIKLEMA, J.Surface chemistry of colloids in connection with stability.Em: The scientific basis of flocculation. The Netherlands: SijthoffandNoordoff, 1978. Em: WIMMER, A. C. S. Aplicação do processo eletrolítico no tratamento de elfuentes de uma indústria petroquímica. Dissertação de Mestrado. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro. 2007.
LIU, D. H. F.; LIPTÁK, B. G.;WastewaterTreatment. New York. CRC Press LLC, 2000.
MACEDO, J. F.. Introdução ao Tratamento de Efluentes Líquidos. 2006.Apostila de Treinamento. 2006. Disponível em http://www.crq4.org.br/downloads/EfluentesLiquidos_jair.pdf Acessado em 10/03/2014
MACHADO, C. R. A. Avaliação de Processo de lodos Ativados combinado com Carvão Ativado em Pó no Tratamento de Efluente de Refinaria de Petróleo. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal do Rio de Janeiro – Programa de Pós-Graduação em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos. Rio de Janeiro. 2010.
MACHADO, P. A. Relatório final de Estágio Supervisionado. Universidade Federal de São Carlos. Itapetininga. 2012.
MACIEL, C. B. Microbiologia de Lodos Ativados da Empresa Fras-le. Monografia de Graduação. Universidade de Caxias do Sul. Centro de Ciências Exatas e Tecnologia.Caxias do Sul. 2002.
METCALF &EDDY.Wastewater Engineering – Treatment and Reuse.EditoraMcGraw Hill.4ª edição.2003
NASCIMENTO, F. C.. Tratamento de Efluentes da Produção de Tintas Industriais, Automotivas e de Repintura por Irradiação de Feixe de Elétrons.Tese de Doutorado. Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares – Universidade de São Paulo. 2013.
NEVES, T. A. Tratamento físico-químico dos efluentes líquidos da produção de biodiesel metílico em regime de funcionamento contínuo e batelada. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Mato Grosso – Faculdade de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia. Cuiabá. 2011.
NOVAIS, E. S. Utilização de polímeros catiônicos e aniônicos no tratamento de efluentes. Trabalho de conclusão de curso. FATEC Sorocaba. 2012.
PINTO, K. G. A. Minicurso CRQ-IV. Tratamento de Efluentes Industriais e Domésticos. 2009.
PRIETO, L. G.; MOYA, T. S.; VIEDMA, R. S.Estación depuradora de aguas residuales de uma indústria láctea. Dissertação de Mestrado. EOI – Escuela de Negocios. 2009.
REALLI, M. A. P. Biocombustíveis e a economia brasileira. Em: NEVES, T. A. Tratamento físico-químico dos efluentes líquidos da produção de biodiesel metílico em regime de funcionamento contínuo e batelada. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Mato Grosso – Faculdade de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia. Cuiabá. 2011.
SANTOS, E. O.; SALES, P. R.; DUARTE, M. M. M. B. Estudo comparative entre as técnicas de diluição e manométrica na quantificação da demanda bioquímica de oxigênio. 22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental. Joinville – Santa Catarina. 2003.
SANTOS, G. R. Estudo da Clarificação de Água de Abastecimento Público e Otimização da Estação de Tratamento de Água. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal do Rio de Janeiro. Programa de Pós-Graduação em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos. Rio de Janeiro. 2011.
SANTOS, P. I. A. Remoção de DQO e de Nitrogênio, e Estudo dos Consórcios Microbianos em Sistema com Três Reatores Sobrepostos, em Série, Alimentado com Egosto Sanitário. Tese de Doutorado – Universidade de São Paulo – Escola de Engenharia de São Carlos. Departamento de Hidráulica e Saneamento. São Carlos. 2004.
SCHMITT, F.; WESCHENFELDER S.; VIDI, T. M. Tratamento Anaeróbio de Efluentes. Universidade Federal de Santa Catarina. Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos. Florianópolis – SC. 2006.
SETTI, A. A.; LIMA, J. E. F. W.; CHAVES A. G. M.; PEREIRA, I. C.. Introdução ao gerenciamento de recursos hídricos, 2ª edição – Brasília: Agência Nacional de Energia Elétrica, Superintendência de Estudos e Informações Hidrológicas, 2000.
SILVA, A. F. M.; LIMA I. O.; SILVA J. A. G.. Estação Ditática de Tratamento de Efluentes. Projeto da Categoria de Equipamentos do Concurso Inova de 2007. Escola SENAI “Nadir Dias de Figueiredo”.2007.
Site da CETESB - Águas Superficiais – Variáveis de qualidade das águas.Disponível em http://www.cetesb.sp.gov.br/agua/%C3%81guas-Superficiais/34-Vari%C3%A1veis-de-Qualidade-das-%C3%81guas Acessado em 12/03/2014.
Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 2540 D – Total Suspended Solids Dried at 103-105ºC. 22ª edição..APHA. 2012.
Terra Ambiental. Disponível em: http://www.teraambiental.com.br/blog-da-tera-ambiental/bid/340697/Tratamento-biol-gico-aer-bio-e-anaer-bio-de-efluentes Acessado em 12/03/2014.
UEDA, A. C.; TAKESHITA, E. V.; SILVA, G. I.; FREITAS, K. R.; ESPOSITO, M..Biotecnologia aplicada à Indústria Têxtil. Universidade Federal de Santa Catarina. Programa de Pós Graduação em Engenharia Química. 2004.
WIMMER, A. C. S. Aplicação do processo eletrolítico no tratamento de elfuentes de uma indústria petroquímica. Dissertação de Mestrado. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro. 2007.
ZUCCARI, M. L.; GRANER, C. A. F.; LEOPOLDO, P, R.. Determinação da Demanda Química de Oxigênio (DQO) em águas e efluentes por método colorimétrico alternativo. Parte da tese de doutorado da 1ª autora intitulada. Energ. Agric. Botucatu, Vol. 20, n.4, p 69-82. 2005.
