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CATÁLOGO DO CARBOTRAT PREMIUM
1. INTRODUÇÃO
CARBOTRAT Premium é um compósito adsorvente granular, composto por
óxidos e hidróxidos de ferro e carvão mineral. Utilizado no tratamento de água potável,
água industrial e tratamento terciário de efluentes industriais, CARBOTRAT Premium
atua como um meio filtrante na remoção física de cor e turbidez e como um meio
adsorvente na remoção química de cátions e ânions solúveis na água.
Desenvolvido através de convênio firmado pela Carbonífera Criciúma S.A. com
a Universidade Federal de Santa Catarina e ao longo de sete anos de pesquisas,
CARBOTRAT Premium é um adsorvente 100% nacional com registro no Instituto
Nacional de Propriedade Industrial (PI0405916-6).
Utilizado tanto em filtros de camada única como nos de camada dupla (areia +
CARBOTRAT Premium), o CARBOTRAT Premium remove, através de filtração
adsortiva, impurezas presentes na água tais como cátions, ânions, vírus e bactérias. A
água obtida ao final deste processo é de ótima qualidade, atendendo perfeitamente à
Portaria n° 518 do Ministério da Saúde / FUNASA (tratamento de água potável) e aos
critérios para reuso de águas definidos pela Organização Mundial da Saúde (OMS)
(tratamento de águas residuárias).
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Óxidos e hidróxidos de ferro podem remover contaminantes da água através da
adsorção ou por incorporação, dependendo da sua natureza. Os óxidos, hidróxidos e
oxihidróxidos de ferro mais comuns são a ferriidrita a hematita e a goetita.
A literatura tem relatado as boas propriedades adsortivas de óxidos e hidróxidos
de ferro na remoção de íons metálicos dissolvidos em água, matéria orgânica natural e
compostos orgânicos. Óxidos de ferro têm área superficial e carga superficial
relativamente elevada e freqüentemente controlam as concentrações de matéria orgânica
e metais livres no solo ou na água através de mecanismos adsortivos. Entretanto, apesar
de a capacidade adsortiva dos óxidos de ferro ser reconhecida, a maioria deles só está
disponível na forma de um pó fino ou são gerados em suspensão aquosa na forma de
flocos ou gel de hidróxido de ferro. Nessa forma, as aplicações práticas são limitadas,
devido, principalmente, ao grande volume de lodo gerado e à baixa condutividade
hidráulica do meio.
O compósito formado a partir da reação química entre óxidos, hidróxidos e
oxihidróxidos de ferro e carvão mineral, denominado CARBOTRAT Premium, é um
adsorvente granular adequado à remoção de cátions metálicos e ânions presentes na
água bem como à remoção de cor, turbidez, odor e sabor,. Possui ainda alta atividade
bacteriostática, eliminando inúmeras colônias de bactérias, protozoários e outros
microorganismos nocivos.
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a
Fax: (48) 3437.0479
Responsável Técnico: M . Sc . E n g . Q uí m i c a V i v i a n S t u m p f M a de i r a / / CRQ 13 região: 13301317.
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3. REMOÇÃO DE ÂNIONS COM CARB OTRAT PREMIUM
A remoção de ânions a partir do meio aquoso para a superfície do
CARBOTRAT Premium dá-se pela adsorção química ou reação. A adsorção de ânions
na superfície pode ocorrer de duas formas: em sítios específicos e em sítios não
específicos.
A adsorção em sítios específicos envolve o deslocamento de grupos superficiais
hidroxila pelo ânion, conforme descrevem as equações 1 e 2.
≡ FeOH + L− ⇔≡ FeL + OH −
Equação 1
≡ (FeOH )2 + L− ⇔≡ Fe 2 L+ + 2OH −
Equação 2
A adsorção em sítios não específicos é dominada pela contribuição
eletrostática. Neste caso, a quantidade adsorvida depende fortemente do pH da solução e
é desprezível acima do ponto de carga zero. Por isso, na adsorção de ânions trabalha-se
com o pH menor do que o ponto de carga zero (pH < pHcz). Isto proporciona a
adsorção de prótons do meio aquoso para a superfície do sólido, de acordo com a
equação 3.
≡ FeOH + H + ⇔≡ FeOH 2
Equação 3
+
Com a protonação dos grupos funcionais da superfície, a carga superficial total
torna-se positiva, o que contribui para aumentar as forças de atração entre os ânions
solúveis e a superfície do CARBOTRAT Premium. A Tabela 1 apresentada abaixo
mostra alguns exemplos de adsorção de ânions em CARBOTRAT Premium.
Tabela 1 - Mecanismos de adsorção na remoção de ânions com CARBOTRAT Premium.
Adsorbato
Mecanismo de adsorção
aniônico
Sulfeto
2 ≡ Fe(OH ) + 2 HS − ⇔ ( SítioNovo) + Fe +2 + FeS ( s ) + S o ( s ) + H +
pH
adsorção
4,0 – 6,5
Fe + 2 + HS − ⇔ FeS ( s ) + H +
Equação 4
Cloro livre
≡ FeOH + HClO − ⇔≡ FeHClO + OH − ; ou
≡ (FeOH )2 + ClO −2 ⇔≡ Fe 2 ClO + 2OH −
4,0 – 6,5
Equação 5
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4. REMOÇÃO DE CÁTIONS COM CARBOTRAT PREMIUM
A remoção de cátions a partir do meio aquoso para a superfície do
CARBOTRAT Premium dá-se por sorção. Denominam-se sorção os mecanismos de
retenção superficial. São eles: a adsorção, a reação química, a precipitação superficial e
a polimerização.
Assim como na adsorção de ânions, a adsorção de cátions no CARBOTRAT
Premium pode ser específica e não específica. Na adsorção específica ocorre a
interação com grupos hidroxila deprotonados na superfície, para formar complexos
mono e binucleares, conforme as equações 6 e 7.
≡ FeOH + M + z ⇔≡ FeOM ( Z −1) + + H +
Equação 6
≡ (FeOH )2 + M + z ⇔≡ ( Fe − O ) 2 M ( z − 2) + + 2 H +
Equação 7
M+ = cátion metálico qualquer.
Na adsorção não específica, há pelo menos uma molécula de água entre as
espécies que se adsorvem e os grupos funcionais superficiais. Neste caso, a quantidade
adsorvida depende fortemente do pH da solução, sendo desprezível abaixo do ponto de
carga zero. Por isso, na adsorção de cátions trabalha-se com o pH maior do que o ponto
de carga zero (pH > pHcz). Isto proporciona a dessorção de prótons da superfície do
CARBOTRAT Premium para o meio aquoso, de acordo com a equação 8.
≡ FeOH ⇔≡ FeO − + H +
Equação 8
Com a desprotonação dos grupos funcionais da superfície, a carga superficial
total torna-se negativa, o que contribui para aumentar as forças de atração entre os
cátions solúveis e a superfície do CARBOTRAT Premium. A Tabela 3 mostra alguns
exemplos de adsorção de cátions em CARBOTRAT Premium.
Tabela 2 - Mecanismos de adsorção na remoção de cátions com CARBOTRAT Premium.
Adsorbato
Mecanismo de adsorção
catiônico
Ferro
1) ≡ FeO − + Fe +2 ⇔≡ Fe − O − Fe + ; ou
ferroso
2) ≡ FeO − + Fe + 2 + OH − ⇔≡ Fe − O − Fe(OH )
pH
adsorção
≥ 6,5
Equação 9
Alumínio
≥ 6,5
≡ FeOH + Al +3 + H 2 O ⇔≡ FeO − AlOH + + 2 H +
Equação 10
Cobre
2( FeOH) + Cu2+ + 2 H O
2
(
FeOH)2Cu(OH)2o + 2 H+
Equação 11
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≥ 6,5
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5. CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO E APLICAÇÕES DO CARBOTRAT
PREMIUM
A Tabela-resumo apresentada abaixo mostra todas as aplicações do compósito
CARBOTRAT Premium bem como as condições operacionais para tais aplicações.
Tabela 3 - Condições de operação e aplicações do CARBOTRAT Premium.
Condições operacionais para adsorção em leito fixo
Adsorbato
aniônico
Cloro
Total
Fosfato
Sulfeto
Fluoreto
Adsorbato
catiônico
Chumbo
Zinco
Ferro
Alumínio
Cobre
Arsênio
Bário
Cádmio
Manganês
Cromo
Cmáxima
Cmáxima
Resolução
Portaria
(1) CONAMA
518 MS
357 (2)
2,000
N.C
0,60
2,0 - 5,0 10,0 - 15,0 4,0 - 4,5
0,300
0,50
2,0 - 5,0 10,0 - 15,0 4,5 - 6,5
0,050
0,20
2,0 - 5,0 10,0 - 15,0 4,0 - 4,5
1,500
Condições operacionais para adsorção em leito fixo
N.C
1,00
10,0
Qprojeto
mg/g
Tresidência
min
Taxa
de
filtração
pHadsorção
m3/m2.h
1,00
2,0 - 5,0
10,0 - 15,0
(2)
N.C
Cmínima
Cmáxima
Resolução
Portaria
(1) CONAMA
518 MS
357 (2)
0,010
0,50
5,000
5,00
0,300
15,0
0,100
N.C
2,000
1,00
0,010
0,50
0,700
5,00
0,005
0,20
0,100
1,00
0,050
0,50
Ausência
em
100 N.C
mL
segundo a Portaria 518/2004 do
Qprojeto
mg/g
Tresidência
min
Taxa
de
filtração
pHadsorção
3
2
m /m .h
1,00
0,90
0,80
0,80
0,80
0,60
0,60
0,60
0,50
0,40
≥ 2,0
≥ 2,0
≥ 2,0
≥ 2,0
≥ 2,0
≥ 2,0
≥ 2,0
≥ 2,0
≥ 2,0
≥ 2,0
10,0 - 15,0
10,0 - 15,0
10,0 - 15,0
10,0 - 15,0
10,0 - 15,0
10,0 - 15,0
10,0 - 15,0
10,0 - 15,0
10,0 - 15,0
10,0 - 15,0
≥ 6,5
≥ 6,5
≥ 6,5
≥ 6,5
≥ 6,5
≥ 6,5
≥ 6,5
≥ 6,5
≥ 8,0
≥ 6,5
≥ 5,0
10,0 - 15,0
≥ 6,5
Coliformes
Totais
(1)
4,5 - 6,5
Valor máximo permitido para água potável
Ministério da Saúde/FUNASA.
Valor máximo admitido para lançamento de efluentes segundo a Resolução
357/2005 do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA)
Não contemplado na respectiva resolução.
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6. VANTAGENS E BENEFICIOS DA FILTRAÇÃO ADSORTIVA COM
CARBOTRAT PREMIUM
•
Redução de cátions metálicos dissolvidos na água tais como ferro, manganês,
alumínio, cobre, zinco, arsênio, cádmio, bário e chumbo;
•
Redução de ânions solúveis presentes na água tais como sulfeto, fosfato e cloro
residual livre;
•
Redução dos teores de cátions e ânions a níveis muito inferiores aos alcançados
com a coagulação/floculação/decantação/filtração convencional;
•
Alta atividade bacteriostática, que elimina inúmeras colônias de bactérias,
protozoários e outros microorganismos nocivos;
•
Remoção de cor, turbidez, odor e sabor presentes na água;
•
Produção, no tratamento terciário de efluentes, de água de reuso, atendendo aos
critérios de qualidade estabelecidos pela Organização Mundial da Saúde (OMS);
•
Utilização em filtros de camada única ou de camada dupla (areia +
CARBOTRAT Premium);
•
Fácil adaptação aos sistemas convencionais de tratamento de água;
•
Tempo de vida útil estimado em dois anos para manutenção da reatividade
superficial;
•
Baixo custo operacional;
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7. CARACTERIZAÇÃO FÍSICA E QUÍMICA
Tabela 4 - Caracterização física e química do CARBOTRAT Premium segundo a NBR 14.234.
Análise
Massa
específica
real
Massa
específica
aparente
Umidade
Unidad
e
Granulometria Granulometria Valor
Metodologia
0,75-1,20 mm
1,00-1,60 mm
Admitido
g/cm3
1,60 ± 0,02
1,60 ± 0,02
≥ 1,40
NBR 14.234
g/cm3
0,93 ± 0,02
0,96 ± 0,02
N.A
MB 3413
≤ 2,50
NBR 14.234
% em
massa
1,00 ± 0,10
Tamanho
mm
efetivo
Coeficiente
de
uniformidade
Ponto de
pHzero
carga zero
N.A. = não aplicável.
0,75 – 0,85
1,05 – 1,15
N.A
NBR 14.234
1,35 – 1,45
1,40 – 1,50
<1,70
NBR 14.234
N.A
LAB039
6,0 – 6,5
8. RETROLAVAGEM E REGENERAÇÃO DO CARBOTRAT PREMIUM
A retrolavagem do CARBOTRAT Premium se realiza conforme o dimensionamento
inicial do sistema ou ao se verificar um aumento significativo de pressão indicado pelo
manômetro que acompanha o filtro. A retrolavagem periódica do filtro é realizada para
reuniformizar a distribuição do leito de CARBOTRAT Premium, quebrar os caminhos
preferenciais que normalmente se formam e retirar os possíveis sólidos retidos, os quais
podem causar um entupimento gradativo do leito. A taxa mínima recomendada na
retrolavagem varia conforme a granulometria utilizada. As curvas de expansão do
leito são apresentadas abaixo.
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14001
CARBOTRAT Premium
Tamanho de partícula: 0,75-1,20 mm
100
Expansão do leito (%)
90
80
70
60
50
40
30
20
Expansão (%) = 1,98.taxa (m3/m2.h) - 20,83
10
0
0
10
20
30
40
50
60
Taxa de filtração (m3/m2.h)
Figura 1 – Expansão do leito de CARBOTRAT Premium na retrolavagem com água tratada.
(Diâmetro de partícula: 0,75 – 1,20 mm)
Taxa mínima recomendada: 23 m3/m2/h
CARBOTRAT Premium
Tamanho de partícula: 1,00 - 1,60 mm
100
Expansão do leito (%)
90
80
70
60
50
40
30
20
10
Expansão (%) = 1,39.taxa (m3/m2.h) - 19,63
0
0
10
20
30
40
50
60
Taxa de retrolavagem (m3/m2.h)
Figura 2 – Expansão do leito de CARBOTRAT Premium na retrolavagem com água tratada.
(Diâmetro de partícula: 1,00 – 1,60 mm)
Taxa mínima recomendada: 32 m3/m2.h
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70
ISO
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14001
ATENÇÃO:
•
Antes de se iniciar a filtração com CARBOTRAT Premium, o leito deve ser
retrolavado até o efluente atingir turbidez < 10 NTU. No início da retrolavagem
a água sairá com uma coloração marrom avermelhada, o que é absolutamente
normal. Após a primeira lavagem, iniciar o processo de filtração descartando-se
uma quantidade de água equivalente a quatro (4) volumes de leito para posterior
início de coleta de água tratada.
•
A regeneração do leito de CARBOTRAT Premium deve ser realizada
esporadicamente. Quando o CARBOTRAT Premium é utilizado para a remoção
de cátions, a regeneração deve ser feita com uma solução ácida (pH≤4,0). No
caso da utilização do CARBOTRAT Premium para a remoção de ânions, a
regeneração deve ser feita com solução básica (pH≥8,0). Recomenda-se ainda
que esta solução seja recirculada no filtro, no sentido ascendente, com um tempo
mínimo de residência de 10 minutos. A recirculação deve perdurar até que a
concentração de cátions ou ânions na solução recirculante permaneça constante.
A freqüência desta regeneração deve ser adaptada de acordo com a qualidade da
água que está sendo tratada. Diminuindo a eficiência do CARBOTRAT
Premium, é necessário realizar-se a regeneração. Mas, atenção! Antes da
regeneração deve-se realizar a retrolavagem do meio filtrante com água tratada e
expansão do leito (entre 25 – 35%). Isto aumenta a eficiência da regeneração e
diminui o volume de ácido ou base a ser utilizado.
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