TRATAMENTO DE ÁGUAS OLEOSAS NAS INDÚSTRIAS
Frente às exigências cada vez mais rigorosas dos órgãos reguladores ambientais, o
enquadramento da água oleosa gerada em diversas atividades industriais constitui-se
atualmente em um dos maiores desafios à perfeita adequação ambiental de indústrias e
prestadoras de serviços que atuam nos mais variados ramos de atividade.
Além do óleo, outras impurezas podem estar contidas em uma água oleosa. Para que sejam
atendidos os padrões ambientais de descarte e/ou as características necessárias para o reuso
da água, o tratamento de uma água oleosa pode se tornar uma operação complexa e
dependente de processos altamente eficientes. Visando atingir esse objetivo da maneira mais
simples, barata e eficiente possível, a ENGENHO NOVO desenvolveu um sistema de
tratamento da água oleosa que é hoje o que há de mais apropriado e versátil para tratar os
efluentes oleosos gerados nas mais diferentes atividades industriais, como por exemplo:
•
Efluentes da lavagem de pisos, tanques, veículos, máquinas, peças etc.,
•
Águas de sistemas de refrigeração,
•
Águas oriundas de oficinas mecânicas,
•
Em usinas de açúcar e álcool, as águas residuais do setor de moagem, contendo óleos,
graxas e lubrificantes, além de resíduos de bagaço de cana, terra e areia, entre outros.
A seguir é apresentada uma discussão sobre algumas características das águas oleosas e das
suas formas de tratamento.
ÁGUA OLEOSA
Água Oleosa é um termo genérico usado para descrever todas as águas que apresentam
quantidades variáveis de óleos, graxas e lubrificantes, além de uma variedade de outros
materiais em suspensão, que podem incluir areia, terra, argila e outros, e uma gama de
substâncias coloidais e dissolvidas, tais como detergentes, sais, metais pesados, etc.
Os óleos e graxas podem estar presentes na água oleosa em duas formas distintas: livres ou
emulsionados. O óleo livre é aquele que corresponde a uma fase visivelmente distinta da
fase aquosa, isto é, ele não se mistura com a água, e pela sua densidade aparece flutuando na
superfície da água ou como gotículas em suspensão, sendo facilmente identificável na água
oleosa (de uma maneira simples, o óleo livre é aquele que você é capaz de "ver" na água).
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Água oleosa contendo óleo livre.
Quando a água oleosa contém óleo emulsionado, o óleo se encontra tão intimamente
misturado e estabilizado na água que a sua presença não pode ser distinguida a olho nu.
Visualmente, tem-se um sistema "monofásico" água-óleo, que é conhecido como emulsão. Por
sua vez, uma emulsão é composta por inúmeras micelas, que são as unidades básicas que
compõe esse sistema. (Ver figuras abaixo.)
Em condições de equilíbrio, o óleo puro é imiscível na água pura, e não ocorre a formação de
emulsões, ficando apenas óleo livre em suspensão na água. Para que exista uma emulsão são
necessárias duas condições: i) deve haver uma dispersão mecânica do óleo na água e viceversa, com a introdução de minúsculas gotículas de uma fase no interior da outra, e ii) o meio
deve conter algum agente químico que seja capaz de estabilizar essas gotículas de uma fase
no interior da outra fase, impedindo a sua coalescência, isto é, que as gotículas se unam umas
às outras, crescendo e voltando a formar fases distintas. Na prática, a presença de óleo
emulsionado é muito comum, e pode-se dizer que uma água oleosa contém sempre óleo
emulsionado, sendo o óleo livre a parcela de óleo que se encontra em excesso.
A dispersão mecânica da mistura óleo-água pode ocorrer de diferentes maneiras como, por
exemplo, pela turbulência causada pela passagem da água oleosa através de bombas,
tubulações, etc., pelo atrito da mistura junto a peças mecânicas, pela presença de agitadores
mecânicos, por borbulhamento de ar, etc.
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Por sua vez, a molécula do agente químico que precisa estar presente na água oleosa para
estabilizar as emulsões deve possuir uma região hidrofóbica (isto é, uma região apolar que
apresenta repulsão pela água e atração pelo óleo) e uma região hidrofílica (região polar que,
ao contrário, apresenta atração pela água e repulsão pelo óleo), de forma que a mesma seja
capaz de formar uma ponte estável entre as fases óleo (apolar) e água (polar), unindo-as de
forma íntima e estável. Os compostos que exibem essa característica consistem em moléculas
orgânicas que contêm, ao mesmo tempo, longas cadeias apolares de hidrocarbonetos (parte
hidrofóbica que irá se ligar intimamente ao óleo) e uma extremidade polar (uma função
orgânica iônica hidrofílica que se liga à água). Esses compostos são chamados
apropriadamente de agentes surfatantes, o que literalmente quer dizer "agentes que atuam na
superfície", uma vez que a sua ação tem lugar nas interfaces (superfícies) entre as fases água
e óleo. Dentre os surfatantes mais comuns estão os detergentes.
Molécula de Surfatante.
Processo de formação de uma emulsão de
óleo em água pela adição de um agente
surfatante e agitação, e detalhe de uma
micela água-óleo.
Uma vez que o surfatante atua somente na interface entre as fases água e óleo, e não na
totalidade dessas fases, mesmo quantidades muito pequenas de surfatante são suficientes
para estabilizar grandes quantidades de uma fase na outra e formar uma emulsão.
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As figuras a seguir mostram as diferenças no aspecto visual exibidos pelos óleos livre e
emulsionado. Na figura da esquerda, primeiro é mostrado o óleo puro e a mistura imiscível
água-óleo; na seqüência, após a adição de uma pequena quantidade de agente surfatante e de
agitação, é mostrada a emulsão óleo-água que se forma, onde é impossível distinguir o óleo da
água. A foto da direita mostra outro exemplo da mesma situação.
Óleo livre e óleo emulsionado
TRATAMENTO DA ÁGUA OLEOSA
Quando se pensa em separar o óleo presente em uma água oleosa é importante lembrar que
não basta retirar apenas o óleo livre, uma vez que também é indispensável a remoção do óleo
que está emulsionado no meio.
Separação do Óleo Livre
O óleo livre, por já se encontrar completamente estratificado da água, pode ser removido com
relativa facilidade, bastando para tal um decantador, hidrociclone, centrífuga ou flotador que
seja capaz de proporcionar as condições necessárias para que as menores gotículas de óleo
em suspensão na água oleosa sejam separadas por diferença de densidade e formem uma
fase contínua e independente. Com freqüência, para a separação do óleo livre são
empregados decantadores com placas, lamelas ou colméias paralelas feitas a partir de um
material hidrofóbico, as quais auxiliam na aglutinação (união) das gotículas de óleo, tornandoas maiores e, portanto, de separação mais fácil e rápida. A separação do óleo livre é, em geral,
um processo exclusivamente físico, e não apresenta maiores complexidades.
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Separação do Óleo Emulsionado
O óleo que se encontra emulsionado, no entanto, é muito mais difícil de ser separado da água.
Ele está microscopicamente disperso no meio, e cada gotícula de óleo, que é invisível ao olho
nu, se encontra altamente estabilizada junto à água devido à presença das impurezas
surfatantes. Em um sistema desse tipo, apenas o emprego de equipamentos de separação
gravitacional (decantadores ou flotadores sem o auxílio de produtos químicos, os quais são
sistemas físicos), estejam eles equipados ou não com placas, lamelas ou colméias hidrofóbicas
coalescentes, não surte qualquer efeito apreciável sobre a remoção do óleo presente na água
oleosa. Para promover a separação do óleo que se encontra emulsionado é fundamental que
se tenha no processo uma etapa inicial de desestabilização da emulsão.
A desestabilização da emulsão é feita através de um tratamento químico da água oleosa
contendo o óleo emulsionado, mediante a adição de eletrólitos capazes de deslocar os
surfatantes da interface água-óleo sob condições específicas de pH e de potencial iônico que
variam de acordo com cada tipo de água oleosa. Isso permite que as microscópicas gotículas
de óleo presentes no meio se aproximem umas das outras e se unam (coalesçam) para formar
gotículas maiores, que "aparecem" na água oleosa como óleo livre. Entretanto, esses
eletrólitos, além de deslocar o surfatante, podem também atuar como um agente coagulante,
criando uma ponte forte e estável entre as micro-gotículas de óleo, que assim crescem mais
rapidamente e de forma irreversível. Após as gotículas de óleo terem coalescido e "aparecido",
a sua separação gravitacional torna-se possível. Em conclusão, a separação do óleo que está
emulsionado passa, obrigatoriamente, por um processo de separação físico-químico.
O Processo de Tratamento
Nos últimos anos, as legislações ambientais vêm se tornando cada vez mais rigirosas. Para o
seu cumprimento não basta simplesmente retirar o óleo que está presente na forma livre,
sendo necessária também a remoção da quase totalidade do óleo que está presente na forma
emulsionada.
Para o caso mais geral, onde a água oleosa contém óleo livre e óleo emulsionado, o processo
de tratamento da água oleosa deve compreender as seguintes etapas principais:
•
Decantação: para a remoção da parcela de óleo livre já separado, evitando um maior
consumo de produtos químicos na etapa seguinte; é aplicável toda vez que a parcela de
óleo livre é significativa.
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•
Tratamento físico-químico: para a quebra da emulsão, coagulação e floculação das
gotículas de óleo.
•
Flotação: para a separação da fase óleo floculada da água tratada.
Decantação do Óleo
Apesar da decantação ainda ser o processo de separação mais difundido, ela vem perdendo
rapidamente a sua importância, uma vez que não atende aos requisitos ambientais de
separação da parcela de óleo emulsionado, sendo recomendada apenas para a separação da
parcela de óleo livre.
Na decantação a água oleosa é recolhida em um tanque, onde as fases água e óleo ficam em
repouso, ou pelo menos sem agitação, durante o tempo necessário para que elas sejam
completamente separadas apenas pela ação da força da gravidade. O óleo, por ser mais leve
do que a água, se acumula na superfície, enquanto a fase aquosa, mais pesada, decanta ao
fundo do equipamento. A velocidade do processo de separação é diretamente proporcional à
diferença entre as densidades do óleo e da água.
Para referência, a tabela a seguir apresenta as densidades relativas de alguns óleos:
Componente
Água
Óleo Vegetal
Óleo Mineral
Parafina
Densidade
Relativa
1,00
0,93
0,91
0,89
Componente
Petróleo
Querosene
Benzina
Gasolina
Densidade
Relativa
0,87
0,80
0,74
0,73
Tratamento Físico-Químico
Como citado anteriormente, as etapas de quebra da emulsão e de coagulação/floculação das
gotículas de óleo são promovidas pela adição à água oleosa de um agente químico cujas
características específicas dependem do tipo de óleo que está sendo tratado e do surfatante
que existe no meio. Este agente, que pode ser um eletrólito catiônico ou aniônico, composto
por sais ou por substâncias orgânicas polivalentes, atua deslocando e anulando eletricamente
as moléculas de surfatante que estão junto à superfície da gotícula de óleo, deixando o
caminho livre para a formação de uma fase de óleo livre (alguns agentes químicos vão ainda
além, promovendo também a aglutinação de várias gotículas de óleo).
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Flotação do Óleo
Uma vez que as fases óleo e água estejam estratificadas, resta apenas a separação de uma
fase da outra. Como no caso do óleo livre (descrito acima), essa separação pode ser feita
através de processos de decantação, hidrociclonação, centrifugação ou flotação, os quais se
baseiam na diferença entre as densidades das fases. Entretanto, o agente químico que foi
adicionado para desestabilizar a emulsão se precipita na forma de um composto com alta
densidade, o qual, ao se misturar à fase óleo, torna essa fase mais pesada, aproximando sua
densidade à da água, o que torna a separação das fases muito mais lenta e ineficiente,
principalmente quando se emprega um processo de decantação. Os processos de
centrifugação e hidrociclonação são de alto investimento, por isso encontram aplicação restrita
no tratamento de efluentes industriais contendo água oleosa.
Na flotação adiciona-se à água oleosa uma grande quantidade de minúsculas bolhas de um
gás (geralmente ar), as quais, pela natureza hidrofóbica do óleo, se aderem às gotículas de
óleo de forma firme e estável. Com isso, há a formação de um sistema óleo-gás com
densidade muito inferior à da água onde ele se encontra, independente de ter havido a adição
de um agente químico para desestabilizar a emulsão. E, como aqui a velocidade de separação
também é diretamente proporcional à diferença entre as densidades das fases, o sistema óleogás formado tende a se deslocar para a superfície do líquido com muito mais rapidez e
eficiência, onde se acumula e de onde pode ser removido com facilidade.
Importante salientar que uma boa etapa de aeração é fator fundamental para um processo de
flotação eficiente e otimizado. A aeração deve ser compatível com as características do
efluente que está sendo tratado, tanto em termos da quantidade de ar quanto em tamanho das
bolhas. Nesse contexto, a aeração através de ejetores de mistura é a tecnologia mais
avançada e que apresenta os melhores resultados, pois é capaz de combinar os tipos de
aerações por ar dissolvido e por ar disperso, fornecendo ao meio líquido a quantidade de ar
adequada na forma de micro-bolhas (que são perfeitas para os processos de flotação), e com
baixo custo energético, pois opera a baixa pressão.
A separação do óleo por flotação consiste na melhor alternativa para o tratamento de águas
oleosas, esteja o óleo livre ou emulsionado, pois é de baixo custo (equipamentos compactos),
fácil operação e muito eficiente, garantindo o cumprimento das exigências ambientais e, muitas
vezes, permitindo o reuso da água.
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