BIOREATORES - MBR
LAYOUT – “FOOTPRINT”
Aumentar as taxas de carga, reduz o tempo de retenção,
reduzindo área.
VOLUME Convencional
Processo de Lodos ativados
100%
25%
CONVENCIONAL
Private & Confidential
MBR
Roberto dos Santos
1
BIOREATORES - MBR
PRINCIPAIS TIPOS DE MBR CONFORME CONFIGURAÇÃO DO PROCESSO
1 – Imersão - 1.1 - FS - Flat Sheet
Private & Confidential
Roberto dos Santos
2
BIOREATORES - MBR
PRINCIPAIS TIPOS DE MBR CONFORME CONFIGURAÇÃO DO PROCESSO
1 – Imersão - 1.2 – HF – Hollow Fiber
Private & Confidential
Roberto dos Santos
3
BIOREATORES - MBR
PRINCIPAIS TIPOS DE MBR CONFORME CONFIGURAÇÃO DO PROCESSO
1 – Imersão - 1.3 – MT – Multi Tube/CT – Capillary tube
Private & Confidential
Roberto dos Santos
4
OPERAÇÃO BÁSICA DE MBR
TANQUE DAS MEMBRANAS
Suprimento de ar
Filtrado
MemPulse™ MBR
Licor Misto
Private & Confidential
Roberto dos Santos
5
FATORES CRÍTICOS – MBR
CONFIGRAÇÃO BÁSICA DE MBR
Q
RQ
Q
DO < 0.2mg/L
-
NO3  N2
DO > 1mg/L
+
NH4  NO3
-
Anoxic
Ar
Private & Confidential
(R+1)Q
5Q
Roberto dos Santos
6
OSMOSE
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
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
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)
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
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.
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
N
Demanda de
oxidante
é alta?
2
KMnO4
Seleção do
Oxidante
Este composto
é
Oxidável?
???
N
S
Triagem de
oxidantes
3
Persulfato
S
4
Amostra
N
É
estável?
S
Ozônio
Escolher
outra
Tecnologia
S
Demanda de
oxidante
é alta?
N
Private & Confidential
ContinuaS o
projeto do
processo
É
estável?
S
Roberto dos Santos
42
ADVANCED OXIDATION PROCESSED (AOP)
ULTROX ®
Private & Confidential
Roberto dos Santos
43
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 + H 2O
+
+
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
2+
3+
Fe + H2O Fe + °OH + OH
2+
3+
Fe + °OH Fe + OH
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
UV
3+
2+
+
Fe + H2O Fe + °HO+ OH
FLUXOGRAMA DE POA FOTOOXIDAÇÃO: H2O2+ RADIAÇÃO UV
UV
H2O2
FLUXOGRAMA DE POA: FENTON
Fe
H2O2
FLUXOGRAMA DO POA PEROXOZONIZAÇÃO: H202 + O3
Efluente
Tratado
H2O2
O3
O2
Efluente
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
TDO =
60 min
x
3g/L
= 14 mg/gh
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 P2O-4.7
Da tabela periódica tem-se:
2P + 7(-2) = (-4)
2P -14 = -4
2P = 10
P= +5
-3
4
• Exemplo: AsO
Da tabela periódica tem-se:
As + 4(-2)= -3
As = 8-3
As = +5
-3
• Exemplo: AsO3
Da tabela periódica tem-se:
As + 3(-2)= -3
As = 6-3
As = +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 = 0
Cl= -1
Neste caso o NOX de cloro é -1
OBRIGADO
Engº José Eduardo W. A. Cavalcanti
[email protected]