Private & Confidential 1 Roberto dos Santos 25% CONVENCIONALMBR 100% VOLUME Convencional Processo de Lodos ativados Aumentar as taxas de carga, reduz o

Private & Confidential 1Roberto dos Santos

25%

CONVENCIONAL MBR

100%

VOLUME Convencional

Processo de Lodos ativados

Aumentar as taxas de carga, reduz o tempo de retenção, reduzindo área.

BIOREATORES - MBRBIOREATORES - MBR

LAYOUT – “FOOTPRINT”



PRINCIPAIS TIPOS DE MBR CONFORME CONFIGURAÇÃO DO PROCESSO

1 – Imersão - 1.1 - FS - Flat Sheet




1 – Imersão - 1.2 – HF – Hollow Fiber




1 – Imersão - 1.3 – MT – Multi Tube/CT – Capillary tube


Suprimento de ar

Filtrado

Licor Misto

MemPulse™ MBR

TANQUE DAS MEMBRANAS

OPERAÇÃO BÁSICA DE MBROPERAÇÃO BÁSICA DE MBR


Anoxic

DO < 0.2mg/L

NO3- N2

DO > 1mg/L

NH4+ NO3

-

Q

5Q

(R+1)Q

RQ

Q

CONFIGRAÇÃO BÁSICA DE MBR

Ar

FATORES CRÍTICOS – MBRFATORES CRÍTICOS – MBR

OSMOSE

OSMOSE REVERSACARACTERISTICAS DE ÁGUA DE

ALIMENTAÇÃO

• TDS: 100-15000 mg/L

• Remoção de sais: 90-99%

• Recuperação de água: 50-80%

• Fe < 0,05mg/L

• Cloro livre - isento

OSMOSE REVERSACARACTERISTICAS DE ÁGUA

PRODUZIDA

• Remoção de salinidade (90-99%)

• Remoção de compostos orgânicos

• Remoção de amoníaco

• Remoção de metais pesados

• Remoção de alumínio e fluoreto

• SDI <1

OSMOSE REVERSA

Teste de SDI

SDI= (100/15) x [1-(t0/t15)] onde:t0 = tempo, expresso em segundos, gasto no

sistema do teste, para encher 500 ml de um recipiente;

t15 = tempo, expresso em segundos, gasto após 15 minutos de teste, para encher 500 ml de um recipiente.

OSMOSE REVERSATaxa de fluxo

GFD = Q/(AxN) onde:• GFD taxa de fluxo É função da característica da água de

entrada no sistema e de seu SDI. Define a quantidade de membranas necessárias para o sistema de osmose.

• Q = Variação de produção do sistema;• A = Área utilizada na membrana;• N = Quantidade de membranas.

OSMOSE REVERSALIMITAÇÕES

• Alto consumo de energia elétrica

• Alto percentual de água rejeitada

• Alto custo de pré tratamento

• Consumo de anti incrustante

• Saturação das membranas

• Não é seletivo para sílica

• Não tolera cloro livre

• Não alcança níveis de condutividade para caldeira necessitando leito misto complementar

OSMOSE REVERSATIPOS DE REJEITOS

(CONCENTRADOS E MEMBRANAS)

• Incrustantes (CaCO3, CaSO4, BaSO4, sílica)

• Matéria orgânica (ácidos únicos, óleos, coagulantes)

• Coloides (sílica, argila, areia, óxidos)

• Material biológico (algas, limo, bactérias)

OSMOSE REVERSACONFIGURAÇÕES

TROCA IÔNICA

Principais aplicações• AbrandamentoAlimentação de caldeiras (BP)Polimento de condensado

• Desmineralizãção da águaAlimentação de caldeiras (MP e AP)

PROCESSOS DE TROCA IÔNICACATEGORIAS

• Substituição

• Separação

• Remoção

PROCESSOS DE TROCA IÔNICACICLOS

• Exaustão

• Retrolavagem

• Regeneração

• Lavagem

• Descarte

PROCESSOS DE TROCA IÔNICABASES PARA PROJETO

• Análise completa da água a ser tratada

• Produção do efluente requerido

• Tipos de resina

• Números de horas do ciclo operacional

• Tipo de regenerante a ser utilizado

TROCA IÔNICA• Volume de resinas em cada vaso Definido pelo ciclo operacional

• Utilização de torre de decantaçãoDepende da quantidade CO2

• Quando é utilizadoDepende do padrão de água requerido

TROCA IÔNICACARACTERÍSTICAS

• Composição: co-polímeros de estireno ou acrílico e de divinilbenzeno

• Resinas catiônicas fortes são obtidas por adição de SO3

• Resinas aniônicas fortes são obtidas por adição de aminas

• Recomendadas até 500 mg/L de STD

TROCA IÔNICALAVAGEM E REGENERAÇÃO DOS

LEITOS DAS RESINAS

ORIGEM REJEITO

Abrandadores Cloreto de sódio

Leito catiônico Ácido clorídrico ou sulfúrico

Leito aniônico Hidróxido de sódio

LEITO MISTO

CONCEITUAÇÃO

Vaso de pressão composto de resinas catiônicas e aniônicas que promovem o polimento de água ultrapura já tratada por osmose reversa ou troca iônica.

O controle de qualidade é feito por meio de condutivimetro ou análise de sódio.

PROCESSOS DE TROCA IÔNICALEITO MISTO

• Utilizado como complemento a troca iônica e osmose reversa

• Produz água desmineralizada < 1micro s/cm

LEITO MISTO

• Duração do ciclo:5 a 10 dias

• Regeneração das resinasFeita em duas etapas: ácida e alcalina não

simultâneas, com enxágue do leito entre estas etapas.

LEITO MISTOProdução de água ultrapura

FAIXAS DE VARIAÇÃO

• EDI 0-2 mg/L;• Troca Iônica 2-40 mg/L;• Zona de transição 40-60 mg/L;• Osmose reversa >40 mg/L.

QUALIDADE PARA CALDEIRAS DE ALTA PRESSÃO

80 bar e 470°C

• Sílica < 10ppm

• Condutividade < 0,2µs/cm

ELETRODIÁLISE REVERSACARACTERÍSTICAS DA ÁGUA DE

ALIMENTAÇÃO

• TDS: 400-3000 mg/L

• Turbidez: <0,5 NTU

• DQO: <50 mg/L

• O&G: <2mg/L

• Fe: <0,5 mg/L

• Cloro livre : <0,3mg/L

• Outros

ELETRODIÁLISE REVERSACARACTERÍSTICAS DA ÁGUA

PRODUZIDA

• Remoção de sais: 50-95%

• Recuperação de água: 85-94%

ELETRODEIONIZAÇÃO (EDI)

O que é?

Tecnologia que utiliza processo eletroquímico capaz de remover sais do meio líquido, objetivando a obtenção de água pura.


Conceituação

A corrente elétrica promove a remoção de sais iônicos da água enquanto regenera continuamente as resinas de troca iônica com H+ e OH- através da dissociação de sais na água.

ELETRODEIONIZAÇÃO (EDI) Como funciona?

• Aplica-se uma corrente elétrica em placas fixadas ao longo de cada módulo;

• A placa carregada positivamente (ânodo) atrai ao anions;

• A placa carregada negativamente (catodo) atrai os cátions;

• Membranas seletivas e resinas de troca iônica destinadas ao transporte dos ions completam o sistema.


Usos

• Polimento em sistemas de desmineralização para caldeiras de alta pressão;

• Indústrias farmacêuticas;

• Indústrias de equipamentos eletrônicos

• Indústrias alimentícias.

ELETRODEIONIZAÇÃO (EDI) VANTAGENS COM RELAÇÃO AO

LEITO MISTO• Ausência de produtos químicos;• Requer diminuta necessidade de mão de obra;• Sistema mais confiável que o leito misto;• Demanda pouca limpeza (a cada 6 meses);• Funcionamento contínuo;• Área menor;• Menos custos operacionais;• Qualidade de água produzida é constante. (Si < 5ppb e 10 a 8 mega ohm/cm)


DESVANTAGENS

• Maior sensibilidade à variação da alimentação;

• Limites baixos de dureza

(<1 mg/L de CaCo3 e Si< 1 mg/L)

ELETRODEIONIZAÇÃOCARACTERISTICAS DA ÁGUA DE

ALIMENTAÇÃO

• Turbidez < 0,1 NTU

• TOC < 0,5mg/L

• Fe < 0,01mg/L

• Cloro livre < 0,05 mg/L

• Condutividade < 43 micro s/cm

• Dureza total < 0,5mg/L

• Sílica < 0,5 mg/L

ELETRODEIONIZAÇÃOCARACTERISTICAS DA ÁGUA

PRODUZIDA

• Sílica 1-10 ppb

• Condutividade < 0.1 µs/cm

• Produção de água ultrapura PWeWFI


Características da água de alimentação e da água produzida

PROCESSOS OXIDATIVOS

Conceito Clássico - A Química clássica considerava a oxidação como a combinação de uma substância com o oxigênio. De certa forma a redução seria o processo inverso: a diminuição do conteúdo de oxigênio de uma substância.

Conceito Atual - Se considera que uma substância se oxida quando perde elétrons e que se reduz quando os ganha. Uma substância não pode se oxidar se outra não se reduzir, pois os fenômenos de oxidação e redução envolvem sempre uma transferência de elétrons.

Quando o magnésio se oxida, por exemplo, perde dois elétrons (Mg Mg2+ + 2 e –). Essa oxidação pode ser produzida por um átomo de oxigênio, que ganha dois elétrons (O + 2e– O 2 –), ou dois átomos de cloro, cada um deles ganhando um elétron (2 Cl + 2 e – 2 Cl – ). Nos dois casos houve uma oxidação do magnésio, mesmo que no segundo não tenha oxigênio envolvido.

OxidaçãoOxidação

DEFINIÇÕES BÁSICASDEFINIÇÕES BÁSICAS

• Ozônio• Peróxido de Hidrogênio• Peróxido de Cálcio• Persulfato de Sódio• Permanganato de Sódio/Potássio

DEFINIÇÕES BÁSICASDEFINIÇÕES BÁSICAS

Tipos de OxidantesTipos de Oxidantes

Roberto dos Santos

MECANISMOS DE REAÇÃO ENTRE OHMECANISMOS DE REAÇÃO ENTRE OH•• E CONTAMINANTES E CONTAMINANTES

Private & Confidential 42

Seleção doOxidante

Este compostoéOxidável?

S

N

S

S

N

H2O2

Amostra

EscolheroutraTecnologia

???Triagem de oxidantes

Éestável?

KMnO4

Demanda deoxidanteé alta?

Persulfato

Éestável?

Ozônio

EscolheroutraTecnologia

Continua o projeto do processo

S

N

PROCESSO DE SELEÇÃO - OXIDANTESPROCESSO DE SELEÇÃO - OXIDANTES

S

N

Demanda deoxidanteé alta?

S

1

2

3

4

Roberto dos Santos


ADVANCED OXIDATION PROCESSED (AOP)ADVANCED OXIDATION PROCESSED (AOP)

ULTROX ®

PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS (POA)

MECANISMO• Formação de radicais hidroxila por combinação

de oxidantes e catalizadores como íons metálicos

• Na oxidação de um composto orgânico há diferentes reações envolvendo o radical hidroxila, como abstração de hidrogênio gerando radicais orgânicos que reagindo fortemente com oxigênio leva a degradação até gás carbônico

RH + °OH R + H2OR + O2 RO2

+

++

Roberto dos Santos

OXIDAÇÕES ATRAVÉS DE REAGENTES FENTONOXIDAÇÕES ATRAVÉS DE REAGENTES FENTON

Os radicais OH• formados oxidam as substâncias orgânicas. No caso do reativo de Fenton, muitas vezes, esta oxidação não leva à mineralização total dos poluentes. O material é inicialmente transformado em alguns produtos intermediários que são resistentes às reações de oxidação posterior. Isto se deve a complexação destes intermediários com os íons Fe(III) e às diversas combinações que podem ocorrer com radicais OH•

(reações competitivas).

PROCESSO FENTON

• A geração do íon °OH é obtida através da reação do peróxido de hidrogênio e íons ferrosos. A reação que quando ocorre em pH baixo resulta mais eficiente

Fe + H2O Fe + °OH + OH

Fe + °OH Fe + OH

2+ 3+ -

-3+2+

PROCESSO FENTON

• No processo foto-fenton a taxa de regeneração dos íons férricos é ainda mais acentuada em razão de produzir ainda mais radicais hidroxilas

Fe + H2O Fe + °HO+ OH2+ +3+ UV

FLUXOGRAMA DE POA FOTO-OXIDAÇÃO: H2O2+ RADIAÇÃO UV

H2O2

UV

FLUXOGRAMA DE POA: FENTON

Fe H2O2

H2O2

Efluente

Tratado

EfluenteO3

O2

FLUXOGRAMA DO POA PEROX-OZONIZAÇÃO: H202 + O3

CENTRIFUGAÇÃO DE LODO

FILTRO PRENSA

EVAPORAÇÃO DE LODOS

DESAGUAMENTO DE LODOS EM TUBOS DE GEOTEXTIL

ENSAIOS DE TRATABILIDADE

Ensaios físicos

• Sedimentação

• Desidratação

• SDI


Ensaios físico - químico

• Coagulação / Floculação

• Flotação a ar dissolvido

• Carvão ativado

• Processos oxidativos avançados


Ensaios Biológicos

• Taxa de consumo de oxigênio

• Taxa de depleção de oxigênio

• Lodos ativados

TAXA DE CONSUMO DE OXIGÊNIO (Rr)

ODf - ODi

Rr (mg/L.min) = t1 – t2

TAXA DE DEPLEÇÃO DE OXIGÊNIO (TDO)

RtTDO (mg/g.h) =

SSV (g/l)

TDO (TAXA DE DEPLEÇÃO DE OXIGÊNIO)

Exemplo:OD2= 8mg/LOD10 = 2,5mg/LSSV= 3 g/L

8mg/L – 2,5 mg/l Rr = = 0,7 mg/L.min 10min-2min

0,7 mg/L min 60 min TDO = x = 14 mg/gh 3g/L hora

ANEXO

Número de oxidação

NÚMERO DE OXIDAÇÃONOX

O número de oxidação de um átomo está associado a perda ou ganho de elétrons na última camada em uma ligação iônica ou covalente quando de uma reação química.

• Se um átomo perde elétrons ele fica com prótons a mais e o NOX é um número positivo correspondente à diferença entre prótons e elétrons. Diz-se que o elemento se oxidou.

• Se um átomo ganha elétrons ele fica com prótons a mais e o NOX é um número negativo correspondente à diferença entre prótons e elétrons. Diz-se que o elemento se reduziu.

REAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO

Fe + 2HCl H2 + FeCl2

0 +1 0 +2 Nesta reação o Fe se oxidou enquanto o hidrogênio se reduziu. O ferro é o agente redutor pois provocou a redução do hidrogênio e o hidrogênio é o agente oxidante, pois provocou a oxidação do ferro.Quem perde elétrons se oxida e quem ganha elétrons se reduz.

NÚMERO DE OXIDAÇÃONOX

• Exemplos:O oxigênio possui 6 elétrons na última

camada. Logo, a tendência será receber 2 elétrons para formar um octeto. Neste caso, terá 2 elétrons a mais do que o número de prótons. Neste caso o NOX=-2.

• O Fe²+ tem NOX=+2 pois perdeu 2 elétrons de sua última camada em uma reação química com oxigênio. Neste caso, o Ferro se oxidou e o oxigênio se reduziu.

• Fe° e O2 possui NOX=0

REAÇÃO DE OXI-REDUÇÃONúmero de oxidação

• Número de oxidação de um elemento é a carga que ele recebe na reação química.

• Exemplo: Calcular o Nox de S em H2SO4.Da tabela periódica tem-se:

2(1) + S + 4(-2) = 02 + S – 8 = 0

S = + 6O Nox do enxofre (S) = +6

• Exemplo: Calcular o Nox de P em P2O7

Da tabela periódica tem-se:

2P + 7(-2) = (-4)

2P -14 = -4

2P = 10

P= +5

-4.

• Exemplo: AsO4

Da tabela periódica tem-se:As + 4(-2)= -3

As = 8-3As = +5

• Exemplo: AsO3

Da tabela periódica tem-se:As + 3(-2)= -3

As = 6-3As = +3

-3

-3

• Exemplo: Calcular o Nox de Cl em HClO .Da tabela periódica tem-se:

1(1) + Cl + (-2)Cl = +1

Neste caso o NOX de cloro é +1• Exemplo: Calcular o NOX do Cloro em

HCl.Da tabela periódica tem-se:

1 (1) + 1Cl = 0Cl= -1

Neste caso o NOX de cloro é -1

OBRIGADO

Engº José Eduardo W. A. Cavalcanti

[email protected]

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