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7.1.1. Adsorção Química Na adsorção química há reação química entre as moléculas adsorvidas e as da superfície sólida. Por ser uma interação mais intensa, em geral, não são reversíveis. Assim, torna-se muitas vezes inviável economicamente, por não permitir a regeneração dos adsorventes empregados.

7.1.2. Adsorção Física É regida por forças intermoleculares entre as substâncias. Por sua menor intensidade na interação entre as substâncias do que no caso da adsorção química, a regeneração do adsorvente para ser reutilizado é comum. Substâncias adsorventes fixam em sua superfície outras substâncias. Assim, são capazes de eliminar compostos que conferem gosto, odor e cor nos efluentes. Você deve estar curioso para ser apresentado a estas substâncias que fazem este importante papel. Passemos então a alguns exemplos: turfa, cinza, areia, carvão vegetal, casca de extração de tanino, flocos de hidróxido férrico e permutadores iônicos granulados. Os materiais usados como adsorventes devem possuir características específicas: Ÿ

Grandes áreas superficiais;

Ÿ

Altas taxas de remoção; Ser altamente poroso (para que a substância a ser adsorvida penetra nos poros).

Ÿ

Os adsorventes mais usados industrialmente são: Carvão ativado; alumina ativada; sílica gel e peneiras moleculares. Uma substância amplamente empregada na indústria como adsorvente é o carvão ativado. Ele possui elevada área superficial, é muito poroso, com grande facilidade de regeneração. Remove cor, odor e sabor. Ao fazer isso, remove matéria orgânica, nutrientes (fosfatos e nitratos), sólidos em suspensão. Lora (2000) apresenta um rol de compostos que podem ser removidos por carvão ativado: Ÿ

Ÿ

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Solventes orgânicos: solventes clorados (tricloroetileno) e solventes aromáticos (tolueno); Compostos de alto peso molecular: aromáticos polinucleados, aminas e surfactantes de alto peso molecular;

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Aula 7 - Tratamento avançado de efluentes

Ÿ

Metais pesados (esta aplicação tem sido demonstrada em escala piloto e industrial. Porém, existem poucos dados sobre a eficiência deste processo).

Compostos solúveis em água, tais como álcoois e aldeídos apresentam baixa absortividade.

7.1.3. Tecnologias de Membranas Esta expressão genérica engloba todos os processos de filtração. Abrange a ultrafiltração, osmose reversa ou inversa, nanofiltração. Esta divisão tem como critério a abertura diferente dos poros de cada uma das membranas. Ÿ

Microfiltração: Retém partículas de dimensão entre 0,1 e 1 mícron.

Ÿ

Ultrafiltração: Retém partículas de 0,01 a 0,1 mícron.

Ÿ

Nanofiltração: retenção de partículas de 0,1 a 0,001 mícron.

Ÿ

Osmose reversa: retenção de partículas de dimensão inferior a 0,01 mícron.

Para que você tenha uma noção do tamanho desta partículas, saiba que abaixo de quarenta mícrons, não mais distinguimos a partícula a olho nu. Note que, de todos os processos de separação por membrana, a osmose reversa representa o grau mais fino de filtragem de um líquido. Neste momento você deve estar pensando, se é o melhor, por que não adotarmos sempre este método de membrana? Não é difícil a resposta. Este método implica num grande gasto de energia para forçar a passagem do fluido pela membrana, por isso implica em grande custo de operação. Deste modo, é inviável economicamente para processar grandes volumes de efluentes. Observa-se na figura abaixo, as dimensões das partículas retidas nos processos de microfiltração, ultrafiltração e osmose inversa.

Figura 7.1: Mecanismos de Filtração em função da dimensão das partículas sólidas retidas Fonte: http://www.peq.coppe.ufrj.br/areas/pam/old


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A tecnologia de membranas é utilizada em diferentes ramos da indústria. Uma de suas vantagens é dispensar o emprego de produtos químicos na operação. As membranas, as mesmas podem ser naturais ou artificiais e são encontradas na forma plana, tubular ou espiral. Relata MANCUSO (2003) as seguintes vantagens do sistema de separação por membranas: Geralmente realizado à temperatura ambiente (evitando assim a alterações ou degradação de compostos presentes);

Ÿ

Processo físico, não há necessidade de aditivos químicos;

Ÿ

Permite instalação modulável, aumentando ou diminuindo a área de filtração de acordo com a necessidade da operação;

Ÿ

Ÿ

Não requer regeneração: a separação ocorre sem acumulação de impurezas no interior da membrana.

Observe o quadro a seguir: Tabela 7.1: Compostos possíveis de separar em um efluente com diferentes tipos de membranas Operações Industriais selecionadas

Tecnologias Convencionais

Tecnologias de Membrana

Lavagem de peças de caminhões

Tratamento químico, separadores água/óleo, evaporação, flotação por ar dissolvido.

Ultrafiltragem (UF), Microfiltragem (MF)

Concentração de alimentos / Purificação de açúcar

Evaporação, centrifugação, cristalização

Ultrafiltragem (UF), Osmose Inversa (OI)

Recuperação de Metais

Troca iônica

Ultrafiltragem (UF), Microfiltragem (MF)

Suavização da água

Eletrodiálise inversa, cal, troca iônica

Nanofiltragem (NF)

Tratamento das águas salobras

Eletrodiálise inversa e troca iônica

Osmose Inversa (OI)

Dessalinização da água do mar

Evaporação, cristalização

Osmose Inversa (OI)

Fonte: DIETRICH, 1995 apud LORA, 2000

7.1.3.1. Osmose Inversa ou Reversa

Você talvez já tenha escutado entre colegas brincando a expressão”aprender por osmose”. Fique tranquilo aqui você não aprenderá por osmose, mas sim o que é osmose. Vamos ao tema...

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Esta palavra então não é nova, embora muitos a usem sem saber efetivamente seu significado técnico. Esta técnica foi desenvolvida a partir da observação, feita no passado por pesquisadores, de que em seres vivos, a parede celular dos mesmos atuam como uma membrana semipermeável. Assim, permite que a água atravesse a parede celular, porém algumas substâncias que estão nela dissolvidas não conseguem fazer o mesmo. Desta observação, materiais naturais foram empregados na indústria para desempenhar tal papel, e, posteriormente, materiais sintéticos foram desenvolvidos com a mesma finalidade. No início, a osmose inversa foi empregada com o objetivo de produzir água potável, pela dessalinização da água do mar. A indústria de alimentos foi a que primeiro empregou esta tecnologia. Então, antes de explicarmos o que é osmose reversa, vamos entender o que é osmose (ou pressão osmótica). Quando colocamos em uma cuba contendo de um lado uma solução aquosa qualquer e do outro uma outra solução de diferente concentração, separados por uma membrana semipermeável, se estabelece uma diferença de pressão entre os dois lados, causada pela diferença de concentração de soluto dos dois lados da membrana. Esta diferença de pressão explica a tendência natural de passagem do solvente do lado mais onde a concentração de solutos é menor para o de maior. Esta membrana semipermeável permite a passagem da água, mas não os solutos. Assim, a água escoa da solução diluída para o interior da solução concentrada, até que as concentrações se iguale dos dois lados Quando o equilíbrio é alcançado, a diferença de pressão entre as duas câmaras separadas pela membrana é chamada de pressão osmótica. Caso uma pressão hidráulica, superior à pressão osmótica, seja aplicada sobre a solução concentrada, então o fluxo é invertido e a água escoa da solução concentrada para a diluída. Os solutos são assim separados dos seus solventes. Mas, como esta técnica funciona? Neste processo, aplica-se uma pressão superior à pressão osmótica do fluido. Deste modo, a água é forçada a passar por uma membrana semipermeável, mas os sais nela dissolvidos não passam. A membrana é uma barreira semipermeável composta de polímeros, como acetato de celulose ou poliamida. Normalmente uma unidade de filtragem por osmose inversa, é composta por um pré-filtro de partículas finas (para proteção de membrana) e pode ainda ter um terceiro corpo com um cartucho de carvão ativado para retenção de ozônio e cloro. Nos processos de filtração convencionais os contaminantes ficam retidos numa membrana filtrante. Já no processo de osmose reversa, os contaminan-


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tes, o soluto e os sólidos são eliminados pelo fluxo transversal do rejeito. O processo pode ser observado na Figura 7.2.

Alimentação

Concentrado Alta pressão SOLUÇÃO

Membrana

Água Permeada Figura 7.2: Sistema de osmose reversa Fonte: Thalita R. de O. Moreira

A osmose reversa, quando aplicada em tratamento de água, remove a maioria dos contaminantes orgânicos em até 99% de todos os íons. Consegue remover também até 99,9% dos microrganismos ali presentes. A pressão aplicada precisa ser superior à pressão osmótica, pois só assim a água consegue fluir no sentido inverso ao da osmose natural. O processo de osmose reversa é empregado nas seguintes operações, tais como: reciclagem de água; desmineralização e deionização; potabilização e dessalinização (águas salobras); preparação de água de processo; tratamento de efluentes.

7.1.3.2. Nanofiltração (NF)

Também chamada de osmose reversa de baixa pressão ou abrandamento por membranas, situa-se entre a osmose reversa e a ultrafiltração, em termos de seletividade. É indicada para o abrandamento de água, na remoção de íons cálcio e magnésio. Mais recentemente, substâncias orgânicas presentes na água também passaram a ser removidas. Na NF, os íons monovalentes são fracamente rejeitados pelas membranas, o que explica a contrapressão osmótica inferior àquela presente na OR. Como consequência, as pressões usadas em NF são bastante inferiores às usadas em OR: tipicamente entre 5 e 15 Kg/cm2.

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7.1.3.3. Ultrafiltração (UF)

Alguns autores referem-se à UF como uma “operação de clarificação e desinfecção por membrana”, meios porosos que permitem a rejeição de solutos maiores – macromoléculas – e de vários tipos de microrganismos, como vírus e bactérias. Como solutos com baixos pesos moleculares não são retidos, a pressão osmótica não é um fator importante, trabalhando com baixas pressões operacionais: 0,5 a 5,0 Kg/cm 2.

7.1.3.4. Microfiltração (MF)

A maior diferença entre a UF e a MF é o tamanho dos poros que, neste última, é da ordem de 0,1 mm. Com relação às pressões operacionais, são equivalentes às da UF. A principal aplicação para essa operação é na remoção de material particulado, ou seja, na clarificação.

7.1.3.5. Troca Iônica

Os íons contidos nos efluentes, tais como fosfatos, nitratos, sais minerais dissolvidos (cloretos, por exemplo), amônia NH 4+, cobre Cu+2, zinco Zn +2, níquel Ni+2, podem ser separados das águas residuárias por processos de troca iônica. O íon amônia geralmente é encontrado nos sistemas biológicos de tratamento, provenientes da decomposição da matéria orgânica nitrogenada (pH em torno de 6,5), enquanto os outros íons (CrO 4-2, Cu +2, Zn +2, Ni +2, etc.) são encontrados em efluentes de acabamento de metais. O processo consiste na fixação, em uma superfície sólida (fase estacionária), de íons, que se trocam por íons da solução de outra espécie (fase móvel) NUNES (2001). Atualmente são utilizadas resinas sintéticas, existindo dois tipos de trocadores que são: Trocadores Catiônicos e os Trocadores Aniônicos.


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Atividades Propostas Vamos avaliar nossos conhecimentos?

1. Vimos que a osmose reversa apresenta inúmeras vantagens. Liste três

destas vantagens. ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________

2. O sistema de troca iônica é apropriado em que condições?

________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________

3. São diversos os sistemas de tratamento avançado de efluentes. Cite quatro

deles. ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________

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Referências Bibliográficas NUNES, José Alves. Tratamento físico-químico de águas residuárias industriais. 3. ed. Aracaju: Triunfo, 2001. LORA, E. E. S. Prevenção e controle da poluição nos setores energético, industrial e de transporte. Brasília: ANEEL, 2000. ISBN: 85-87491-04-0. ECKENFELDER, Wesley. Industrial Water Pollution Control. 2000. USA. Mc Graw Hill. RAMALHO, R.SIntroduction to wastewater treatment processes. 2.ed. Academic Press, 1983.483 p. GIORDANO, G. Avaliação ambiental de um balneário e estudo de alter nativa para controle da poluição utilizando o processo eletrolítico para o tratamento de esgotos. Niterói – RJ, 1999. Dissertação de Mestrado (Ciência Ambiental) Universidade Federal Fluminense, 1999.


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