Processo de Lodos ativados BIOREATORES - MBR LAYOUT – “FOOTPRINT” Aumentar as taxas de carga, reduz o tempo de retenção, reduzindo área. VOLUME Convencional Processo de Lodos ativados 25% 100% CONVENCIONAL MBR Roberto dos Santos

PRINCIPAIS TIPOS DE MBR CONFORME CONFIGURAÇÃO DO PROCESSO BIOREATORES - MBR PRINCIPAIS TIPOS DE MBR CONFORME CONFIGURAÇÃO DO PROCESSO 1 – Imersão - 1.1 - FS - Flat Sheet Roberto dos Santos

PRINCIPAIS TIPOS DE MBR CONFORME CONFIGURAÇÃO DO PROCESSO BIOREATORES - MBR PRINCIPAIS TIPOS DE MBR CONFORME CONFIGURAÇÃO DO PROCESSO 1 – Imersão - 1.2 – HF – Hollow Fiber Roberto dos Santos

PRINCIPAIS TIPOS DE MBR CONFORME CONFIGURAÇÃO DO PROCESSO BIOREATORES - MBR PRINCIPAIS TIPOS DE MBR CONFORME CONFIGURAÇÃO DO PROCESSO 1 – Imersão - 1.3 – MT – Multi Tube/CT – Capillary tube Roberto dos Santos

OPERAÇÃO BÁSICA DE MBR TANQUE DAS MEMBRANAS Suprimento de ar Filtrado MemPulse™ MBR Licor Misto Roberto dos Santos

CONFIGRAÇÃO BÁSICA DE MBR FATORES CRÍTICOS – MBR CONFIGRAÇÃO BÁSICA DE MBR Q RQ Q DO < 0.2mg/L NO3-  N2 DO > 1mg/L NH4+  NO3- (R+1)Q 5Q Ar Roberto dos Santos

OSMOSE

CARACTERISTICAS DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO OSMOSE REVERSA CARACTERISTICAS 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

CARACTERISTICAS DE ÁGUA PRODUZIDA OSMOSE REVERSA CARACTERISTICAS 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 REVERSA Taxa 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 REVERSA LIMITAÇÕES 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

TIPOS DE REJEITOS (CONCENTRADOS E MEMBRANAS) OSMOSE REVERSA TIPOS 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 REVERSA CONFIGURAÇÕES

TROCA IÔNICA Principais aplicações Abrandamento Alimentação de caldeiras (BP) Polimento de condensado Desmineralizãção da água Alimentação de caldeiras (MP e AP)

PROCESSOS DE TROCA IÔNICA CATEGORIAS Substituição Separação Remoção

PROCESSOS DE TROCA IÔNICA CICLOS Exaustão Retrolavagem Regeneração Lavagem Descarte

PROCESSOS DE TROCA IÔNICA BASES 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 decantação Depende da quantidade CO2 Quando é utilizado Depende do padrão de água requerido

TROCA IÔNICA CARACTERÍSTICAS 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 IÔNICA LAVAGEM 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 IÔNICA LEITO 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 resinas Feita em duas etapas: ácida e alcalina não simultâneas, com enxágue do leito entre estas etapas.

LEITO MISTO Produção 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 REVERSA CARACTERÍSTICAS 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 REVERSA CARACTERÍSTICAS 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.

ELETRODEIONIZAÇÃO (EDI) 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.

ELETRODEIONIZAÇÃO (EDI) 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)

ELETRODEIONIZAÇÃO (EDI) DESVANTAGENS Maior sensibilidade à variação da alimentação; Limites baixos de dureza (<1 mg/L de CaCo3 e Si< 1 mg/L)

CARACTERISTICAS DA ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO ELETRODEIONIZAÇÃO CARACTERISTICAS 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

CARACTERISTICAS DA ÁGUA PRODUZIDA ELETRODEIONIZAÇÃO CARACTERISTICAS DA ÁGUA PRODUZIDA Sílica 1-10 ppb Condutividade < 0.1 µs/cm Produção de água ultrapura PWeWFI

ELETRODEIONIZAÇÃO (EDI) Características da água de alimentação e da água produzida

PROCESSOS OXIDATIVOS

DEFINIÇÕES BÁSICAS Oxidação 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.

Peróxido de Hidrogênio Peróxido de Cálcio Persulfato de Sódio DEFINIÇÕES BÁSICAS Tipos de Oxidantes Ozônio Peróxido de Hidrogênio Peróxido de Cálcio Persulfato de Sódio Permanganato de Sódio/Potássio

MECANISMOS DE REAÇÃO ENTRE OH• E CONTAMINANTES Roberto dos Santos

PROCESSO DE SELEÇÃO - OXIDANTES 1 Escolher outra Tecnologia H2O2 Demanda de oxidante é alta? N N 2 KMnO4 S ??? Seleção do Oxidante Este composto é Oxidável? Triagem de oxidantes 3 S Persulfato É estável? 4 N Amostra S Ozônio Continua o projeto do processo S Escolher outra Tecnologia S Demanda de oxidante é alta? S É estável? N Roberto dos Santos

ADVANCED OXIDATION PROCESSED (AOP) ULTROX ® Roberto dos Santos

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 + H2O R + O2 RO2 + + +

OXIDAÇÕES 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). Roberto dos Santos

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+ 2+ 3+ -

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+ OH UV 3+ 2+ +

FLUXOGRAMA DE POA FOTO-OXIDAÇÃO: H2O2+ RADIAÇÃO UV

FLUXOGRAMA DE POA: FENTON H2O2

FLUXOGRAMA DO POA PEROX-OZONIZAÇÃO: H202 + O3 Efluente Tratado O3 O2

CENTRIFUGAÇÃO DE LODO

FILTRO PRENSA

EVAPORAÇÃO DE LODOS

DESAGUAMENTO DE LODOS EM TUBOS DE GEOTEXTIL

ENSAIOS DE TRATABILIDADE Ensaios físicos Sedimentação Desidratação SDI

ENSAIOS DE TRATABILIDADE Ensaios físico - químico Coagulação / Floculação Flotação a ar dissolvido Carvão ativado Processos oxidativos avançados

ENSAIOS DE TRATABILIDADE 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) Rt TDO (mg/g.h) = SSV (g/l)

TDO (TAXA DE DEPLEÇÃO DE OXIGÊNIO) Exemplo: OD2= 8mg/L OD10 = 2,5mg/L SSV= 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 OXIDAÇÃO NOX 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 OXIDAÇÃO NOX 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-REDUÇÃO Número 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) = 0 2 + S – 8 = 0 S = + 6 O Nox do enxofre (S) = +6

Exemplo: Calcular o Nox de P em P2O7 Da tabela periódica tem-se: -4.

Da tabela periódica tem-se: As + 4(-2)= -3 As = 8-3 As = +5 Exemplo: AsO4 Da tabela periódica tem-se: As + 4(-2)= -3 As = 8-3 As = +5 Exemplo: AsO3 As + 3(-2)= -3 As = 6-3 As = +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. 1 (1) + 1Cl = 0 Cl= -1 Neste caso o NOX de cloro é -1

Engº José Eduardo W. A. Cavalcanti OBRIGADO Engº José Eduardo W. A. Cavalcanti cavalcanti@novaambi.com.br