UERJ — Campus Regional de Resende
FEN07-02162/2 — Introdução à Engenharia Ambiental
Prof. Eduardo Bessa Azevedo
Módulo 02
Gerenciamento da Qualidade da Água
O Ciclo Hidrológico
Disponibilidade e Usos da Água
Indicadores da Qualidade da Água
Poluição da Água
Principais Impactos dos Lançamentos nos Corpos d’Água
02
02
02
04
05
06
Escolha as Tecnologias Apropriadas para o Tratamento de Efluentes Líquidos
Tratamento Físico
Tratamento Químico
Tratamento Térmico
Tratamento Biológico
Selecionando os Processos de Tratamentos Apropriados
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16
23
25
28
32
Ar, Clima e Condições Meteorológicas
Composição e Estrutura da Atmosfera
Clima
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35
37
Poluição Atmosférica
Poluição do Ar
Clima, Topografia e Processos Atmosféricos
Disciplinamento do Uso e Ocupação do Solo
Controle das Fontes Poluidoras
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Bibliografia
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Gerenciamento da Qualidade da Água
O Ciclo Hidrológico
“Todos os rios correm para o mar e, contudo, o mar não se enche;
para o lugar de onde os rios vêm, eles retornam novamente.”
(Eclesiastes, 1:7)
O ciclo hidrológico (ciclo da água) descrever a circula ção da água à medida que ela evapora da terra, dos
corpos d’água e dos organismos; entra na atmosfera; condensa e é precipitada nas superfícies da terra; e move-se
subterraneamente por infiltração ou superficialmente por escoamento para dentro dos rios, lagos, mares e oceanos.
A quantidade total de água na Terra permanece aproximadamente a mesma, ano após ano: o ciclo hidrológico simplesmente a move de um lugar para outro. Este processo fornece água doce para as massas de terra e ao mesmo
tempo tem um papel vital na criação de um clima habitável e na moderação das temperaturas globais. O movimento da água de volta para os mares e oceanos através dos rios e geleiras é uma das principais forças geológicas que
moldam a terra e redistribuem os materiais. As plantas têm um papel importante no ciclo hidrológico, absorvendo
a água subterrânea e bombeando-a para a atmosfera pela transpiração (transporte mais evaporação). Nas florestas
tropicais, cerca de 75% da precipitação anual é retornada à atmosfera pela s plantas.
Disponibilidade e Usos da Água
Embora a maior parte do nosso planeta esteja coberta por água, somente uma pequena parcela da mesma é
utilizável na grande maioria das atividades humanas. Os oceanos e mares constituem 97,2% da água existente na
Terra, cobrindo 71% de sua superfície. Além disso, existem as águas presentes na neve, nas geleiras, no vapor
atmosférico, em profundidades não acessíveis, entre outras, que não são aproveitáveis.
A quantidade de água livre sobre a Terra atinge 1.370 milhões de km3. Dessa quantidade, apenas 0,6% de água doce
líquida se torna disponível naturalmente, correspondendo a 8,2 milhões de km3. Desse valor, somente 1,2% se apresenta sob a
forma de rios e lagos, sendo o restante (98,8%) constituído de água subterrânea, da qual somente a metade é utilizável, pois a
outra parte está abaixo de 800 m, inviável para captação pelo homem. Assim, restam aproveitáveis 98.400 km3 nos rios e
lagos e 4.050.800 km3 nos mananciais subterrâneos, o que corresponde a cerca de 0,3% do total de água livre do planeta.
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Em termos globais, a água disponível é muito superior ao total consumido pela população. No entanto, a
distribuição é extremamente desigual e não está de acordo, na maioria dos casos, com a população e as necessidades para a indústria e a agricultura. A maior parte da Terra tem déficit de recursos hídricos, porque predomina a
evaporação potencial sobre a precipitação.
Além da má distribuição e das perdas, deve ser considerada a crescente degradação dos recursos hídricos,
resultado da ação antrópica, tornando parte da água imprópria para diversos usos.
Assim, muitas regiões do mundo apresentam problemas relacionados com a água, seja pela escassez ou pela
qualidade inadequada da mesma.
O homem utiliza a água para diversos fins, dela dependendo para sobreviver. Os usos da água podem ser
consuntivos, quando há perdas entre o que é retirado e o que retorna ao sistema natural, e não consuntivos.
São os seguintes os principais usos da água:
Consuntivos: — abastecimento humano;
— abastecimento industrial;
— irrigação;
— dessedentação de animais.
Não consuntivos: — recreação;
— harmonia paisagística;
— geração de energia elétrica;
— conservação da flora e fauna;
— navegação;
— pesca;
— diluição, assimilação e afastamento de despejos.
Para cad uso da água, há necessidade de que a mesma tenha uma determinada qualidade. A água para beber,
por exemplo, deve obedecer a critérios mais rígidos do que a utilizada na recreação ou para fins paisagísticos. A
qualidade desejável para a água usada na irrigação varia em função dos tipos de culturas onde será aplicada, se
alimentícias ou não. O mesmo acontece com a água destinada às indústrias, cujas características dependem dos
tipos de processamentos e produtos nas fábricas.
Alguns usos provocam alterações nas características da água, tornando-a imprópria para outras finalidades.
A recreação pode modificar a qualidade da água, prejudicando o abastecimento humano. A irrigação, como uso de
fertilizantes e pesticidas, pode provocar a poluição de mananciais, causando prejuízo a outros usos. A água utilizada para diluir despejos, mesmo tratados, torna-se imprópria para consumo humano e para outros fins.
Exemplos do uso da água
Usos
Litros
Doméstico:
Banheira
Chuveiro
Lavagem de roupas
Cozimento de alimentos
Descarga de sanitário (uma)
Molhar a grama
100–150
20 por min
75–100
30
10–15
40 por min
Agricultura e processamento de alimentos:
1 ovo
1 espiga de milho
1 pão
1 kg carne
Produtos industriais e comerciais:
1 jornal de domingo
1 kg de aço
1 kg de borracha sintética
1 kg de alumínio
1 automóvel
150
300
600
19.000
1.000
220
2.200
7.200
380.000
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Indicadores da Qualidade da Água
A água contém, geralmente, diversos componentes, os quais provêm do próprio ambiente natural ou foram
introduzidos a partir de atividades humanas.
Para caracterizar uma água, são determinados diversos parâmetros, os quais representam as suas características físicas, químicas e biológicas. Esses parâmetros são indicadores da qualidade da água e constituem impurezas
quando alcançam valores superiores aos estabelecidos para determinado uso.
Os principais indicadores de qualidade da água são discutidos a seguir, separados sob os aspectos físicos,
químicos e biológicos.
Indicadores de Qualidade Física
• Cor: resulta da existência, na água, de substâncias em solução; pode ser causada pelo ferro ou manganês, pela
decomposição da matéria orgânica da água (principalmente vegetais), pelas algas ou pela introdução de efluentes
industriais e domésticos.
• Turbidez: presença de matéria em suspensão na água, como argila, silte, substâncias orgânicas finamente divididas, organismos microscópicos e outras partículas.
• Temperatura: é um parâmetro importante, pois influi em algumas propriedades da água (densidade, viscosidade, oxigênio dissolvido), com reflexos sobre a vida aquática.
• Sabor e Odor: resultada de causas naturais (algas; vegetação em decomposição; bactérias; fungos; compostos orgânicos, tais como gás sulfídrico, sulfatos e cloretos) e artificiais (esgotos domésticos e efluentes industriais).
Indicadores de Qualidade Química
• pH: o pH da água depende de sua origem e características naturais, mas pode ser alterado pela introdução de
resíduos; pH baixo torna a água corrosiva; águas com pH elevado tendem a formar incrustações nas tubulações; a
vida aquática depende do pH, sendo recomendável a faixa de 6 a 9.
• Alcalinidade : causada por sais alcalinos, principalmente de sódio e cálcio; mede a capacidade da água em neutralizar os ácidos; em teores elevados, pode proporcionar sabor desagradável à água; tem influência nos processos
de tratamento da água.
• Dureza: resulta da presença, principalmente, de sais alcalinos terrosos (cálcio e magnésio), ou de outros metais
divalentes, em menor intensidade; em teores elevados, causa sabor desagradável e efeitos laxativos; reduz a formação da espuma do sabão, aumentando o seu consumo; provoca incrustações nas tubulações e caldeiras.
• Cloretos: os cloretos, geralmente, provêm da dissolução de minerais ou da intrusão de águas do mar; podem,
também, advir dos esgotos domésticos ou efluentes industriais; em altas concentrações, conferem sabor salgado à
água ou propriedades laxativas.
• Ferro e manganês: podem originar-se da dissolução de compostos do solo ou de despejos industriais; causam
coloração avermelhada à água, no caso do ferro, ou marrom, no caso do manganês, manchando roupas e outros
produtos industrializados; conferem sabor metálico à água; as águas ferruginosas favorecem o desenvolvimento
das ferrobactérias, que causam maus odores e coloração à água e obstruem as canalizações.
• Nitrogênio: o nitrogênio pode estar presente na água sob várias formas: N2 , NH3 , NH4 +, NO2 – e NO3 – ; é um
elemento indispensável ao crescimento de algas, mas, em excesso, pode ocasionar um exagerado desenvolvimento
desses organismos, fenômeno chamado de eutrofização; o nitrato, na água, pode causar a metaemoglobinemia; a
amônia é tóxica aos peixes; são causas do aumento do nitrogênio na água: esgotos domésticos e efluentes industriais, fertilizantes, excrementos de animais.
• Fósforo: encontra-se na águas nas formas de ortofosfatos, polifosfatos e fósforo orgânico; é essencial para o
crescimento de algas, mas, em excesso, causa a eutrofização; suas principais fontes são: dissolução de compostos
do solo; decomposição da matéria orgânica; esgotos domésticos e efluentes industriais; fertilizantes, detergentes;
excrementos de animais.
• Fluoretos: os fluoretos têm ação benéfica de prevenção da cárie dentária; em concentrações mais elevadas,
podem provocar alterações da estrutura óssea ou a fluorose dentária (manchas escuras nos dentes).
• Oxigênio Dissolvido (OD): é indispensável aos organismos aeróbios; a água, em condições normais, contém
OD, cujo teor de saturação depende da altitude e da temperatura; águas com baixos teores de OD indicam que receberam matéria orgânica; a decomposição da matéria orgânica por bactérias aeróbias é, geralmente, acompanhada
pelo consumo e redução do OD da água; dependendo da capacidade de autodepuração do manancial, o teor de OD
pode alcançar valores muito baixos, ou zero, extinguindo-se os organismos aquáticos aeróbios.
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• Matéria Orgânica (MO): é necessária aos seres heterótrofos, na sua nutrição, e aos autótrofos, com fonte de
sais nutrientes e gás carbônico; em grandes quantidades, no entanto, pode causar alguns problemas, como: cor,
odor, turbidez e consumo do OD pelos organismos decompositores.
• Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO): é a quantidade de oxigênio necessária à oxidação da MO, por ação
de bactérias aeróbias. Representa, portanto, a quantidade de oxigênio que seria necessário fornecer às bactérias
aeróbias, para consumirem a matéria orgânica presente em um líquido (água ou esgoto). A DBO é determinada em
laboratório, observando-se o oxigênio consumido em amostras do líquido, durante 5 dias, à temperatura de 20°C.
• Demanda Química de Oxigênio (DQO): é a quantidade de oxigênio necessária à oxidação da MO, através de
um agente químico. A DQO também é determinada em laboratório, em prazo muito menor do que o teste da DBO.
Para o mesmo líquido, a DQO é sempre maior que a DBO.
• Componentes inorgânicos: alguns componentes inorgânicos da água, entre eles os metais pesados, são tóxicos
ao homem: As, Cd, Cr, Pb, Hg, Ag, Cu e Zn; além dos metais, pode-se citar os cianetos; esses componentes, geralmente, são incorporados à água através de despejos industriais ou a partir das atividades agrícolas, de garimpo e
de mineração.
• Componentes orgânicos: alguns componentes orgânicos da água são resistentes à degradação biológica, acumulando-se na cadeia alimentar; entre esses, citam-se os pesticidas, alguns tipos de detergentes e outros produtos
químicos, os quais são tóxicos.
Indicadores de Qualidade Biológica
• Coliformes: são indicadores da presença de microrganismos patogênicos na água; os coliformes fecais existem
em grande quantidade nas fezes humanas e, quando encontrados na água, significa que a mesma recebeu esgotos
domésticos, podendo conter microrganismos patogênicos.
• Algas : as algas desempenham um importante papel no ambiente aquático, sendo responsáveis pela produção de
grande parte do OD do meio; em grandes quantidades, como resultado do excesso de nutrientes (eutrofização),
trazem alguns inconvenientes: sabor e odor; toxicidade; turbidez e cor; formação de massas de MO que, ao serem decompostas, provocam a redução do OD; corrosão; interferência nos processos de tratamento da água; aspecto estético desagradável.
Poluição da Água
A poluição da água resulta da introdução de resíduos na mesma, na forma de matéria ou energia, de modo a
torna-la prejudicial ao homem e a outras formas de vida, ou imprópria para um determinado uso estabelecido para
ela.
Este é um conceito amplo, que associa poluição aos usos da água, e não somente aos danos que ela pode
causar aos organismos. É, portanto, um conceito relativo. Uma água pode ser considerada poluída para determinado uso e não ser para outro.
Quando a poluição da água resulta em prejuízos à saúde do homem, diz-se que a mesma está contaminada.
Assim, contaminação é um caso particular de poluição. Uma água está contaminada quando contém microrganismos patogênicos ou substâncias químicas ou radioativas, causadores de doenças e/ou morte ao homem.
Fontes de Poluição da Água e Suas Conseqüências
Os poluentes podem alcançar as águas superficiais ou subterrâneas através do lançamento direto, precipitação, escoamento pela superfície do solo ou infiltração.
As fontes de poluição da água podem ser localizadas (pontuais), quando o lançamento da carga poluidora é
feito de forma concentrada, em determinado local, ou não localizadas (difusas), quando os poluentes alcançam um
manancial de modo disperso, não se determinando um ponto específico de introdução.
Como exemplos de fontes localizadas, citam-se as tubulações emissárias de esgotos domésticos ou efluentes
industriais e as galerias de águas pluviais. Como fontes não localizadas, podem ser incluídas as águas do escoamento superficia l ou de infiltração.
As principais fontes de poluição da água são:
De águas superficiais:
• esgotos domésticos;
• efluentes industriais;
• águas pluviais, carreando impurezas da superfície do solo ou contendo esgotos lançados nas galerias;
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• resíduos sólidos (lixo);
• pesticidas;
• fertilizantes;
• detergentes;
• precipitação de poluentes atmosféricos (sobre o solo ou a água);
• alterações nas margens dos mananciais, provocando o carreamento do solo, como conseqüência da erosão.
De águas subterrâneas :
• infiltração de esgotos a partir de sumidouros ou valas de infiltração (fossas sépticas);
• infiltração de esgotos depositados em lagoas de estabilização ou em outros sistemas de tratamento usando disposição no solo;
• infiltração de esgotos aplicados no solo em sistemas de irrigação;
• percolação do chorume resultante de depósitos de lixo no solo;
• infiltração de águas contendo pesticidas, fertilizantes, detergentes e poluentes atmosféricos depositados no solo;
• infiltração de outras impurezas presentes no solo;
• infiltração de águas superficiais poluídas;
• vazamento de tubulações ou depósitos subterrâneos;
• injeção de esgotos no subsolo;
• intrusão de água salgada;
• resíduos de outras fontes: cemitérios, minas, depósitos de material radioativo.
As águas superficiais e subterrâneas, muitas vezes, se interligam. Em algumas situações, os mananciais da
superfície proporcionam a recargas dos reservatórios subterrâneos, enquanto, em outras, as águas do subsolo descarregam em recursos hídricos superficiais. Assim, um manancial de superfície poluído, pode causar a poluição de
um aqüífero subterrâneo, e vice-versa.
Observe-se que a poluição da água está associada, também, às alterações provocadas no solo ou no ar. O
carreamento de poluentes do solo e a precipitação de impurezas do ar constituem mecanismos de poluição da água.
A Tabela da página seguinte apresenta as principais conseqüências da poluição da água, a partir de diversas
alterações e respectivas fontes.
Principais Impactos dos Lançamentos nos Corpos d’Água
Conforme se pode depreender o item anterior, o lançamento de esgotos e efluentes em corpos d’água resulta
em vários problemas ambientais, com impactos sobre o homem, a vida aquática e o ambiente como um todo. A
seguir, são destacadas algumas dessas conseqüências.
Consumo de Oxigênio
Um dos principais problemas resultantes do lançamento de MO em corpos d’água é a redução do OD, com
impactos sobre os organismos aeróbios e conseqüentes desequilíbrios ecológicos.
Ao se lançar MO em um manancial de água, ocorre uma grande proliferação de bactérias aeróbias que, ao
efetuarem a decomposição da mesma, utilizam o oxigênio do meio líquido para a sua respiração. O consumo do
OD, pelas bactérias, pode reduzi-lo a valores muito baixos, ou mesmo extingui-lo totalmente, com impactos sobre a
vida aquática aeróbia. Os peixes e outros animais que precisam de oxigênio para viver, desaparecem, surgindo
organismos anaeróbios. A decomposição anaeróbia da MO, além de mais lenta e menos eficiente, produz gases e
maus odores.
Todo corpo d’água tem condições de receber e depurar, através de mecanismos naturais, uma certa quantidade de MO. No entanto, essa capacidade é limitada, dependendo das características do manancial e da quantidade
de MO introduzida. Quando ocorre a recuperação, diz-se que houve a autodepuração do corpo d’água.
A próxima Figura indica o comportamento do OD, da DBO e concentração de bactérias aeróbias, em um
curso d’água, na autodepuração de uma carga de MO.
A forma mais utilizada de estudar-se a autodepuração de um curso d’água é através da Curva de Depressão
de Oxigênio, como mostrado na próxima Figura.
Logo após o lançamento da carga orgânica, há uma queda no teor de oxigênio, denominada “déficit inicial de
OD”. O OD continua decrescendo, até alcançar cerca de 40% do OD de saturação, no primeiro trecho, chamado de
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Poluentes Aquáticos e Suas Conseqüências
Alteração
Principais Fontes
Conseqüências
Elevação da
Temperatura
• águas de resfriamento;
• despejos industriais.
• aumento das reações químicas e biológicas, podendo ocorrer a elevação
da ação tóxica de alguns elementos e compostos químicos;
• redução no teor de OD, com reflexos sobre a vida aquática aeróbia;
• diminuição da viscosidade da água, ocasionando o afundamento de organismos aquáticos.
Sólidos
•
•
•
•
•
• assoreamento de recursos hídricos → diminuição de vazões de escoamento e de volumes de armazenamento → inundações;
• soterramentos de animais e ovos de peixes;
• aumento da turbidez da água → redução da transparência da água →
diminuição da atividade fotossintética → redução do OD → impactos sobre a vida aquática.
Matéria
Orgânica
•
•
•
•
•
erosão do solo;
esgotos domésticos;
efluentes industriais;
lixo;
mineração.
esgotos domésticos;
efluentes industriais;
chorume (lixo);
dejetos de animais;
proliferação de algas e plantas aquáticas
(eutrofização);
• decomposição de vegetação submersa.
• redução do OD, devido à decomposição por bactérias aeróbias → prejuízos à vida aquática;
• maus odores, quando a decomposição for anaeróbia.
Microrganismos • esgotos domésticos;
Patogênicos
• outros resíduos contaminados (lixo,
efluentes industriais etc.).
• transmissão de doenças ao homem.
Nutrientes
•
•
•
•
esgotos domésticos;
fertilizantes;
decomposição de vegetais;
efluentes industriais.
• eutrofização da água → proliferação de algas e de vegetação aquática →
sabor e odor; coloração; toxicidade; massa de matéria orgânica; corrosão; redução da penetração da luz solar; redução do OD; danos à vida
aquática; prejuízos à recreação e à navegação; entupimentos; danos às
bombas e turbinas; aspecto estético desagradável.
Mudanças
no pH
•
•
•
•
esgotos domésticos;
efluentes industriais;
oxidação de MO;
poluentes atmosféricos (chuvas ácidas).
•
•
•
•
•
Compostos
Tóxicos
•
•
•
•
•
efluentes industriais;
pesticidas;
fertilizantes;
lixo industrial;
garimpo; mineração.
• danos à saúde humana;
• danos aos animais aquáticos.
Corantes
• efluentes industriais.
• cor na água;
• redução na transparência da água → diminuição da atividade fotossintética → redução do OD → prejuízos á vida aquática;
• prejuízos aos usos (manchas).
Substâncias
Tensoativas
• sabões e detergentes;
• efluentes industriais.
•
•
•
•
•
•
Substâncias
Radioativas
• reatores nucleares;
• indústrias;
• acidentes com materiais radioativos.
• danos à saúde humana;
• danos aos animais.
corrosão;
efeitos sobre a flora e a fauna;
prejuízos à utilização na agricultura e em outros usos;
aumento da toxicidade de certos compostos (NH3, metais pesados, H2S);
influência nos processos de tratamento da água.
redução da viscosidade;
redução da tensão superficial;
danos à fauna;
espumas;
sabor;
toxicidade.
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Zona de Degradação. No trecho seguinte, Zona de Decomposição Ativa, o teor de OD atinge o valor mínimo,
voltado a crescer até cerca de 40% da saturação. Segue-se a Zona de Recuperação, onde a aeração excede a desoxigenação e o teor de OD cresce até atingir o valor inicial. Finalmente, tem-se a Zona de Águas Limpas, com a
água recuperando muitas de suas características, embora algumas mudanças ocorram de forma permanente.
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Características das Zonas de Autodepuração de um Curso d’Água,
Após o Lançamento de uma Carga Orgânica
Zona
Características
De Degradação
As águas têm aspecto escuro, sujo; peixes afluem ao local em busca de alimentos; no
ponto de lançamento, o teor de OD ainda é suficiente à sobrevivência de organismos aeróbios, mas decresce rapidamente com o tempo, até alcançar cerca de 40% do OD de saturação; há a sedimentação do material sólido; teor do gás amônia cresce; DBO atinge o valor máximo no ponto de lançamento, decrescendo a seguir; bactérias e fungos atingem
valores elevados; as algas são raras.
De Decomposição
Ativa
O teor de OD atinge o mínimo, podendo voltar a elevar-se, até atingir 40% da saturação; a
DBO continua decrescendo; o número de bactérias e fungos diminui; o nitrogênio ainda
predomina na forma de amônia; organismos aeróbios são reduzidos ou eliminados.
De Recuperação
A reaeração excede a desoxigenação e o teor de OD cresce até atingir o valor inicial; as
águas têm aspecto mais claro; a DBO continua diminuindo; o nitrogênio predomina nas
formas de nitratos e nitritos, podendo ainda existir como amônia; o número de bactérias é
reduzido; peixes e outros organismos aeróbios voltam a aparecer; as algas proliferam.
De Águas Limpas
As águas retornam às condições primitivas, com relação ao OD, DBO e índices bacteriológicos; peixes e outros organismos aeróbios proliferam normalmente; algumas características indicam mudanças permanentes na qualidade das águas: aumento dos compostos inorgânicos, como os nitratos, fosfatos e sais dissolvidos, podendo resultar na intensa proliferação de algas.
Vários fatores contribuem para a autodepuração de um curso d’água:
Fenômenos Físicos:
a) Diluição: é um dos fatores mais importantes, pois, quanto maior for a vazão do curso d’água em relação à vazão
do esgoto, mais elevada será sua capacidade de autodepuração.
b) Turbulência: quanto mais agitada a água, maior quantidade de oxigênio ela absorve da atmosfera.
c) Sedimentação: deposição de MO no fundo do curso d’água, contribuindo para a redução da DBO.
d) Temperatura: a concentração de saturação do oxigênio depende da temperatura, sendo menor para valores elevados desta.
e) Luz solar: o Sol tem ação germicida, além de ser fonte de energia para a realização da fotossíntese pelo fitoplâncton, uma das fontes de oxigênio na água.
Fenômenos Químicos:
a) Reações de oxi-redução: ocorrem na respiração dos organismos aeróbios, causando a redução do OD. Entre os
processos de redução, destaca-se a fotossíntese. Outro processo redutor importante é a desnitrificação, a qual
consiste na ação de bactérias sobre os nitratos, na busca de oxigênio, transformando-os em nitritos e, posteriormente, em nitrogênio gasoso.
Fenômenos Biológicos:
a) Predatismo: consiste na destruição de microrganismos patogênicos por outros organismos (bacteriófagos).
b) Aglutinação: alguns microrganismos têm a capacidade de aglutinação (Zooglea), favorecendo a junção de partículas e outros organismos, os quais tendem a ser arrastados para o fundo.
c) Produção de antibióticos e toxinas: existem microrganismos aquáticos que produzem substâncias que têm ação
antibiótica ou tóxica sobre alguns tipos de bactérias patogênicas.
Dependendo dos fenômenos de autodepuração, três situações podem ocorrer. O OD da água pode ser reduzido e:
(A) voltar ao valor inicial, sem alcançar valores inferiores ao limite mínimo estabelecido.
(B) voltar ao valor inicial, ocorrendo, num trecho, valores inferiores ao limite mínimo estabelecido.
(C) alcançar valores muito baixos (ou zero), não voltando ao valor inicial.
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Curva de Depressão de Oxigênio em 3 Condições de Autodepuração
Nas duas últimas situações, há necessidade da adoção de medidas visando a reduzir a quantidade de matéria
orgânica, de forma que a curva de depressão de oxigênio mantenha-se sempre acima do limite mínimo estabelecido
para o OD.
Demanda de Oxigênio
A quantidade de oxigênio necessária para oxidar uma substância a dióxido de carbono e água pode ser calc ulada pela estequiometria, se a composição química da substância é conhecida. Esta quantidade de oxigênio é conhecida como a Demanda Teórica de Oxigênio (DTO).
Em contraste com a DTO, a Demanda Química de Oxigênio (DQO) é uma quantidade medida que não depende do conhecimento da composição química das substâncias na água. No teste de DQO, um forte agente oxidante (ácido crômico) é misturado com a amostra de água e levado à ebulição. A diferença entre a quantidade de
agente oxidante no início do teste e a restante ao final do teste é usada para calcular a DQO.
Se a oxidação de um composto orgânico é conduzida por microrganismos que usam a matéria orgânic a com
uma fonte de alimento, o oxigênio consumido é conhecido como a Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO).
Somente sob circunstâncias raras a DTO, a DQO e a DBO serão idênticas. Se a composição química de
todas as substâncias na água é conhecida e elas são capazes de serem completamente oxidadas tanto química quanto biologicamente, aí então as três medidas da demanda de oxigênio serão iguais.
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Quando uma amostra de água contendo matéria orgânica biodegradável é colocada em um recipiente fechado
e inoculada com bactérias, o consumo de oxigênio segue tipicamente o padrão mostrado no gráfico abaixo.
Durante os primeiros dias, a taxa de depressão de oxigênio é rápida por causa da alta concentração de MO presente.
À medida que a concentração da MO decresce, também decresce a taxa de consumo de oxigênio. Durante a última
parte da curva da DBO, o consumo de oxigênio é principalmente associado à decomposição das bactérias que cresceram durante a primeira parte do teste. Assume-se geralmente que a taxa na qual o oxigênio é consumido é diretamente proporcional à concentração da MO biodegradável restante em um tempo qualquer. Como resultado, a
curva da DBO pode ser descrita matematicamente como uma reação de primeira ordem. Isto pode ser expresso
como:
dLt
= −rA
dt
onde: Lt = oxigênio equivalente aos compostos orgânicos remanescentes no tempo t, mg/L
–rA = –kLt
k = constante de reação, d–1
(1)
Rearranjando a Equação (1) e integrando, tem-se:
dLt
= −kdt
dt
L
∫
t
∫
dLt
= −k dt
dt
L0
0
ln
Lt
= −k t
L0
ou
Lt = L0 ⋅ e − kt
(2)
onde
L0 = oxigênio equivalente aos compostos orgânicos no tempo t = 0
Ao invés do Lt , o nosso interesse está na quantidade de oxigênio usada no consumo dos compostos orgânicos
(DBOt ). A partir do gráfico acima, fica óbvio que a DBOt é a diferença entre o valor inicial L0 e Lt . Portanto:
DBOt = L0 – Lt
= L0 – L0 e–kt)
= L0 (1 – e–kt)
(3)
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L0 é normalmente chamada de DBO última (DBOu ), ou seja, o máximo consumo de oxigênio possível quando o
despejo tiver sido completamente degradado. A Equação (3) é chamada de a equação da taxa de DBO e é freqüentemente escrita na base 10:
DBOt = L0 (1 – 10–Kt )
(4)
Observe que o k é usado para a constante de reação na base e e o K é usado para a constante na base 10. Eles se
estão relacionados através da equação: k = 2,303K.
Embora a DBOu expresse bem a concentração da matéria orgânica biodegradável, ela não indica o quão rapidamente o oxigênio será consumido na água. A depressão do OD está relacionada tanto com a DBOu quanto com a
constante de velocidade (k). Enquanto a DBO é diretamente proporcional à concentração de matéria orgânica biodegradável, o valor da constante de velocidade é dependente dos seguintes fatores:
1. A natureza do despejo;
2. A aclimatação dos microrganismos;
3. A temperatura: k T = k 20 (θ)T–20
onde: T = temperatura de interesse, °C
k T = constante de velocidade na temperatura de interesse, dia –1
k 20 = constante de velocidade determinada a 20°C, dia –1
θ = coeficiente de temperatura. Este tem um valor de 1,135 entre 4 e 20°C e 1,056 entre 20 e 30°C
Obs. •: O efeito de K sobre a DBOu para dois efluentes líquidos tendo a mesma DBO5 .
Obs. ‚: O efeito de K sobre a DBO5 quando a DBOu é constante.
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Eutrofização
O lançamento de nutrientes na água, principalmente nitrogênio e fósforo, resulta no crescimento excessivo
de algas e plantas aquáticas, fenômeno denominado de eutrofização.
A eutrofização é mais comum em águas paradas (lagos, lagoas, represas), devido não serem favoráveis à
mesma as condições dos cursos d’água (velocidade, turbidez).
As águas contêm, normalmente, fitoplâncton, o qual depende dos nutrientes e da luz solar para sobreviverem.
Quando se introduzem elevadas quantidades de nutrientes em um reservatório de água, oriundos de esgotos domésticos ou efluentes industriais, ou de fertilizantes, há um grande crescimento das populações de algas e de outras
plantas, o que pode resultar em problemas, tais como:
• Devidos à proliferação excessiva de algas: sabor e odor; toxicidade; turbidez e cor; massa de matéria orgânica, cuja decomposição resulta na redução do OD da água, com impactos sobre a vida aquática; aderência às paredes dos reservatórios e tubulações (lodo); corrosão; prejuízos ao tratamento da água.
• Devidos às plantas aquáticas: prejuízos aos usos (navegação, recreação); assoreamento; redução gradual do
reservatório; produção de massas de matéria orgânica, com decomposição e redução do OD; cobertura da água,
com diminuição da penetração da luz solar; aumento da evapotranspiração; entupimentos de canalizações e
grades; danos às bombas e turbinas hidrelétricas.
Contaminação por Microrganismos
A disposição de dejetos de origem humana em corpos d’água resulta em um grave problema sanitário, que é
a contaminação por microrganismos patogênicos.
Uma pessoa doente elimina, através das fezes, microrganismos patogênicos, os quais podem alcançar o organismo de outra pessoa por vários meios, sendo um dos principais as águas.
Um corpo d’água que recebeu esgotos com dejetos humanos pode constituir-se num veículo de transmissão
de várias doenças: febre tifóide, febre paratifóide, cólera, disenteria bacilar, amebíase, enteroinfecções em geral,
hepatite infecciosa, esquistossomose, entre outras.
Para indicar se uma água receber esgotos de origem humana e, portanto, pode conter microrganismos patogênicos, são utilizados, principalmente, os coliformes fecais, por existirem em grande quantidade nesses despejos.
Estima-se que em 100 mL de esgotos domésticos estejam presentes de 106 a 109 coliformes fecais.
O exame bacteriológico da água é muito importante quando a mesma se destina ao consumo humano ou a
outros usos, tais como, irrigação de culturas alimentícias, fabricação de alimentos, recreação de contato primário
(banhos), entre outros.
Nesse caso, existem padrões definidos com relação ao número de coliformes fecais (NMP/100 mL). A água
a ser ingerida pelo homem não deve conter coliformes fecais em amostras de 100 mL.
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Escolha as Tecnologias Apropriadas para o
Tratamento de Efluentes Líquidos
E
mbora processos de fabricação químicos complexos
possam ser operados efic ientemente, mesmo as instalações mais sofisticadas têm dificuldades em realizar um tratamento
do(s) seus(s) efluente(s) líquido(s)
que seja consistente e bem sucedido. O tratamento dos efluentes
líquidos industriais tem se desenvolvido lentamente e, em alguns
aspectos, não acompanhou os avanços das tecnologias de fabric ação.
Uma das razões para este fato
pode ser o excesso de confiança das
instalações industriais no tratamento
biológico para resolver todos os
problemas dos efluentes líquidos.
Um tratamento biológico apropriadamente operado é, sem dúvida,
uma maneira barata e relativamente
simples de se lidar com vários tipos
diferentes de efluentes industriais.
Entretanto, ele não pode resolver
sozinho todos os problemas,
Um artigo da revista CEP
(Chemical Engineering Progress),
apresentou um procedimento para o
desenvolvimento de uma estratégia
de tratamento de efluentes líquidos
eficiente. Ele envolve, primeiramente, a caracterização de todas as
correntes de efluentes líquidos da
planta e a avaliação das necessidades de tratamento de cada corrente
em relação aos padrões legais aplicáveis. Em seguida, as correntes
que necessitem do mesmo tipo de
tratamento são combinadas e tratadas como correntes compostas.
Esta abordagem melhora a razão
custo/benefício do esquema global
de tratamento.
Vamos discutir as várias tecnologias para o tratamento de efluentes líquidos em detalhe e comparar
as suas aplic ações, vantagens e desvantagens.
Características do efluente líquido
A Tabela 1 lista características
comuns de efluentes líquidos industriais e os risco inerentes a elas. Em
geral, um efluente líquido pode ser
caracterizado baseado nos seus parâmetros orgânicos globais, nas suas
características físicas e nos seus
contaminantes específicos.
Os parâmetros de qualidade
orgânicos globais medem a quantidade de matéria orgânica presente
em uma corrente de efluente. Os
parâmetros típicos são o carbono
orgânico total (COT), a demanda
química de oxigênio (DQO), a demanda bioquímica de oxigênio
(DBO) e os óleos e graxas (OG) ou
hidrocarbonetos de petróleo totais
(HPT). Estes parâmetros não me-
dem um componente específico, e
sim, um grupo de constituintes.
As medidas de COT, DQO e
DBO indicam a quantidade de matéria orgânica presente em uma
corrente de efluente que precisa de
estabilização ou oxidação. A DBO
mede os compostos orgânicos que
são passíveis de serem tratados
biologicamente, enquanto o COT e
a DQO medem, respectivamente, a
quantidade de carbono orgânico e a
quantidade de carbono que, teoricamente, pode ser oxidado a dióxido de carbono além da de outros
materiais inorgânicos oxidáveis.
Por exemplo, um efluente com uma
alta DQO ou COT e uma baixa
DBO, indica um rejeito orgânico
que não é passível de ser biodegradado; por outro lado, um com alta
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Tabela 1. Contaminantes de efluentes líquidos industriais típicos.
Parâmetros
Problema
Orgânicos Globais
COT
DQO
DBO
Óleos e Graxas/HPT
Pode ser tóxico; reduz o oxigênio
Pode ser tóxico; reduz o oxigênio
Reduz o oxigênio em águas receptoras
Danifica a vegetação e a vida selvagem
Físicos
SST
pH
Temperatura
Cor
Odor
Potencial Redox
Turbidez; tóxico à vida aquática
Acidez ou alcalinidade são tóxicas à vida aquática
Tóxica à vida aquática
Estético; destrói as algas
Pode ser tóxico à vida aquática e aos humanos; estético
Pode ser tóxico à vida aquática
Contaminantes Específicos
NH3/NO3–
Fosfatos
Metais Pesados
Surfactantes
Sulfetos
Fenol
Orgânicos Tóxicos
Cianeto
Tóxicos à vida aquática; eutrofização
Eutrofização
Tóxicos à vida aquática e aos humanos
Tóxicos à vida aquática e aos humanos; estético
Tóxicos à vida aquática e aos humanos; estético
Tóxico à vida aquática e aos humanos; estético
Tóxicos à vida aquática e aos humanos
Tóxico à vida aquática e aos humanos
DQO e um baixo COT indica que
espécies inorgânicas oxidáveis estão
presentes (a DQO inorgânica não é
normalmente biodegradável).
Os parâmetros OG e HPT indicam a presença de óleo ou hidrocarbonetos de petróleo, que tanto
podem estar dissolvidos ou em uma
fase separada. Estes parâmetros são
úteis para a medida da qualidade
orgânica de um efluente líquido
somente quando se espera que tais
compostos estejam presentes em
grandes quantidades, como acontece nos efluentes líquidos de refinarias.
As características físicas do
efluente líquido incluem os sólidos
em suspensão totais (SST), pH,
temperatura, cor, odor e, algumas
vezes, o potencial de oxirredução.
Algumas das características físicas
refletem qualidades estéticas de um
efluente líquido (tais como odor de
peixe ou cor escura), enquanto outras características, tais como pH e
temperatura, podem ter um impacto
negativo nos corpos d’água receptores.
Os contaminantes específicos
de interesse no efluente líquido
podem ser de natureza orgânica ou
inorgânica. A Tabela 1 lista alguns
exemplos comuns.
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te em um ecossistema ambientalmente sensível ou em uma fonte de
água potável terá que cumprir exigências mais severas do que um
descarte em águas que não são usadas nem para o consumo humano e
nem para a irrigação de lavouras.
Tipos de Tratamento
Uma vez caracterizado o efluente líquido e conhecidas as necessidades de tratamento, o próximo
passo é conjugar estas duas informações. Para isto, é necessário um
conhecimento básico dos diferentes
tipos de tratamento disponíveis e o
quê eles podem fazer, de forma a se
selecionar aquele que seja o mais
correto para a planta em questão.
O tratamento de efluentes líquidos é geralmente classificado em
quatro níveis — primário, secundário, terciário e quaternário. Cada
nível de tratamento é destinado à
remoção de uma classe de contaminantes específica. O tratamento
primário envolve processos físicos
simples que removem sólidos em
suspensão e o óleo arrastado por
uma corrente de efluente líquido. O
tratamento secundário é projetado
para remover materiais solúveis que
não o podem ser por meios físicos
simples. Existem numerosas tecnologias de tratamento secundário
disponíveis, dependendo do constituinte que se deseja remover. O
Qualidade do efluente
Além de se conhecer as características de um determinado
efluente líquido, deve-se também
avaliar
as
necessidades
de
tratamento. A Tabela 2 resume os
padrões de qualidade mais comuns
que nas
dos
são permissões.
exigidos nas permissões.
Tabela 2. Padrões típicos para
Os pa-râmetros que
efluentes líquidos industriais.
têm que ser monitoConcentração, mg/L
rados e os seus res- Parâmetro
pectivos níveis de DQO
300–2.000
100–300
descarga permissí- DBO
15–55
veis
são
de- Óleos e Graxas/HPT
SST
15–45
terminados com base pH
6,0–9,0
na legislação fede- Temperatura
Menor que 40°C
ral, estadual e muni- Cor
2 unidades de cor
NH3/NO3–
1,0–10
cipal.
Fosfatos
0,2
Os
requisitos
Metais Pesados
0,1–5,0
específicos de trata- Surfactantes (Totais)
0,5–1,0
mento dependem do Sulfetos
0,01–0,1
0,1–1,0
ponto de descarte do Fenol
1,0
efluente líquido. Por Orgânicos Tóxicos (Totais)
Cianeto
0,1
exemplo, um descar-
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Vertedouro
de Entrada
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Chincana
do Óleo
Óleo
Óleo
Tampa
Suspiro
Conjunto de
Placas Corrugadas
Inclinadas
Vertedouro
do Efluente
Compartimento
de Entrada
Entrada
Saída
Água
Água
Câmara de
Separação
Compartimento
do Lodo
Separador API
Separador CPI
a
Figura 1. Os dispositivos mais comuns usados na separação por gravidade são os separadores API e CPI.
tratamento terciário e o quaternário
são usados para polir um efluente
para remover um contaminante
específico que não é removido no
primeiro e no segundo estágios de
tratamento.
Além destes quatro níveis de
tratamento, existem quatro classes
de tecnologias de tratamento —
físicas, químicas, térmicas e biológicas. Os processos específicos
selecionados para a remoção dos
contaminantes da fase aquosa podem
ser usados separadamente ou em
conjunto em várias combinações.
TRATAMENTO FÍSICO
Os tratamentos físicos produzem uma mudança física nas propriedades do(s) contaminante(s), ao
passo que a natureza química dos
compostos permanece inalterada.
As propriedades físicas dos contaminantes são manipuladas para
facilitar a remoção dos poluentes da
fase aquosa.
Os tratamentos físicos tipic amente empregados em efluentes
líquidos industriais (Tabela 3) são:
separação por gravidade, flotação
com ar, coalescência do óleo, evaporação, filtração, adsorção em
carvão ativado, arraste com ar ou
vapor e extração líquido/líquido.
A separação por gravidade é
usada como um tratamento primário
para remover óleo e sólidos em
suspensão na corrente do efluente.
A flotação com ar é usada como um
processo secundário de remoção de
óleo, retirando gotículas de óleo
finamente dispersas e óleo mecanicamente emulsificado. A coale scência do óleo pode ser usada como
um processo de remoção de óleo
primário ou secundário, removendo
óleo livre, gotículas de óleo e um
pouco do óleo emulsificado. A
evaporação e a filtração são empregadas quando o efluente contém
uma alta concentração de sólidos ou
outro material que possa ser separada em uma fase distinta. A evaporação reduz a quantidade de líquido
que deve ser disposto ao final. A
adsorção em carvão ativo, o arraste
com ar ou vapor e a extração líquido/líquido, são tratamentos secundários, terciários ou quaternários
destinados à remoção de contaminantes orgânicos específicos, baseado na natureza físico-química dos
contaminantes.
Separação por gravidade
A separação por gravidade é
usada para tratar efluentes nos quais
os contaminantes podem ser separados da fase aquosa pelo fato das
suas densidades serem maiores ou
menores do que a da água, que é
1,0. Óleos com densidades entre
0,8 e 0,95 são separados como uma
camada superior flutuante, enquanto
os sólidos, com densidades variando
tipicamente entre 1,05 e 2,6, sedimentam-se formando uma camada
inferior de lodo. Quanto mais ou
menos denso for o constituinte,
mais rapidamente ele irá sedimentar
no fundo ou flutuar para a superfície. Tipicamente, (Figura 1) são
usadas câmaras de gravidade conhecidas como separadores API ou
separadores óleo/água com interceptor de placa corrugada (tipo
CPI).
Os separadores API são normalmente tanques de concreto retangulares enterrados no solo. Para
que ocorra uma separação eficiente,
o líquido deve atingir condições de
imobilidade.
Quanto tempo isto
levará para ocorrer depende do
comprimento, da largura e da profundidade do tanque. A restrição de
projeto é o comprimento do tanque
— ele deve ser suficiente para permitir que a partícula com movimento mais rápido no efluente tenha
tempo para sedimentar ou flutuar
completamente. Se o efluente chegar à câmara antes de todas as partículas ou óleo terem descido ao fundo ou flutuado até a superfície, os
contaminantes serão carreados para
fora junto com o efluente.
Por causa da necessidade de
espaço para os tanques API subterrâneos, os separadores do tipo CPI
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Tabela 3. Resumo dos processos físicos de tratamento de efluentes líquidos.
Processo
Aplicações
Vantagens
Desvantagens
Separação
por Gravidade
Óleo Livre,
Sólidos em Suspensão
Barato.
Baixa manutenção.
Sem elementos mecânicos.
Relativamente seguro.
Fácil de operar.
Baixo consumo de energia.
Emissões de voláteis.
Não remove constituintes
dissolvidos.
Disposição do óleo e do lodo
residuais.
Flotação com Ar
Óleo Emulsificado,
Gorduras, Graxas,
Sólidos em Suspensão Finos
Quebra emulsões mecânicas.
Barato.
Relativamente seguro.
Emissões de voláteis.
Não remove constituintes
dissolvidos.
Não quebra emulsões químicas.
Requer aditivos químicos.
Disposição da espuma.
Difícil manutenção.
Alto consumo de energia.
Coalescência do óleo
Óleo Livre e Emulsificado
Baixa manutenção.
Sem elementos mecânicos.
Quebra emulsões mecânicas.
Melhor remoção de óleo.
Sem aditivos químicos.
Fácil de operar.
Baixo consumo de energia.
Não remove constituintes
dissolvidos.
Disposição do óleo residual.
Não quebra emulsões químicas.
Evaporação
Orgânicos Voláteis,
Redução do Volume de Água
Reduz o volume do efluente.
Remove contaminantes dissolvidos.
Relativamente seguro.
Fácil de operar.
Emissões de voláteis.
Alto consumo de energia.
Suscetível a obstruções.
Difícil manutenção.
Filtração
Óleo Livre e Emulsificado,
Sólidos em Suspensão
Remove alguns contaminantes
dissolvidos.
Relativamente seguro.
Fácil de operar.
Baixo consumo de energia.
Suscetível a obstruções.
Necessidade de retrolavagem.
Odores, crescimento bacteriano.
Elevada manutenção.
Adsorção
Compostos Orgânicos,
Alguns Compostos Inorgânicos
Remove contaminantes dissolvidos.
Relativamente seguro.
Fácil de operar.
Baixos custos de capital.
Suscetível a obstruções.
Odores, crescimento bacteriano.
Elevada manutenção.
Necessidade de regeneração ou dispos ição.
Arraste
Orgânicos Voláteis,
Alguns Orgânicos Semivoláteis
Remove contaminantes dissolvidos.
Mais ou menos seguro.
Baixos custos de capital.
Alto consumo de energia.
Difícil manutenção.
Suscetível a obstruções.
Emissões de voláteis.
Não remove inorgânicos.
Extração
Compostos Orgânicos,
Alguns Compostos Inorgânicos
Remove contaminantes dissolvidos.
Mais ou menos seguro.
Fácil de operar.
Baixos custos de capital.
Emissões de voláteis.
Alto consumo de energia.
Difícil manutenção.
Correntes de efluentes adicionais a serem tratadas.
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Motor
Motor
Cone
Difusor
Óleo
Pás
Escumadeiras
Injetor
Ar
Água
Limpa
Dispersor
Água
Bolhas de Ar
Difundidas
Água
Rotor
Braço
Raspador
Flotação com Ar Dissolvido
Flotação com Ar Induzido
a
Figura 2. A flotação com ar é um método melhorado de separação por gravidade.
têm se tornado cada vez mais populares. Os separadores CPI utilizam
placas inseridas dentro da câmara
de gravidade para aumentar a área
superficial sobre a qual o efluente
líquido flui. A área superficial adicional aumenta o comprimento efetivo que o efluente percorre sem
alterar as dimensões externas do
equipamento. (Em alguns casos, o
conjunto de placas corrugadas pode
ser adaptado a tanques API existentes para melhorar a separação.)
As recentes regulamentações
que governam as emissões de pla ntas de tratamento de efluentes líquidos industriais requerem que os
separadores sejam tampados para
reduzir as emissões atmosféricas e
os odores. Adaptar tampas aos
tanques API já existentes pode ser
extremamente caro pelo fato das
tampas terem que ser à prova de
explosões e com suspiro(s) para
evitar a concentração de gases explosivos sob a tampa. A maioria
dos separadores CPI já vem equipada com tampas com suspiros
(uma vantagem adicional é que as
tampas podem ser facilmente removidas para a manutenção).
Os tanques API apresentam um
outro problema por serem abertos
— eles são suscetíveis de receberem
descargas acidentais, o que pode
levar à mistura de efluentes incompatíveis. Os tanques são geralmente
ligados aos processos de tratamento
secundários, que podem ser negativamente afetados pela descarga, a
um grande custo. Além disso, tanques de concreto subterrâneos são
suscetíveis a vazamentos e rachaduras, podendo ser a causa de contaminações do solo e das águas subterrâneas.
Flotação com ar
A flotação com ar dissolvido
(FAD) e a flotação com ar induzido
(FAI) são métodos de separação
gravitacional acelerados (Figura 2).
A flotação com ar é útil para remover gorduras, graxas e materiais
oleosos que naturalmente flutuariam
se tivessem o tempo suficiente, mas
que são um problema para os separadores por gravidade convencionais.
O material oleoso presente no
efluente líquido pode ser tornar
mecanicamente emulsionado pela
turbulência, pressurização ou bombeamento centrífugo. O material
emulsificado não irá se separar rapidamente em condições de imobilidade porque o material foi tão
finamente dividido na fase aquosa
que é formada uma suspensão estável.
Este óleo disperso pode ser
removido usando-se gases dissolvidos, na forma de microbolhas, que
formam aglomerados entre as partículas finamente divididas. A introdução de bolhas de ar reduz a densidade global dos aglomerados; o
material aglomerado então flutua
para a superfície, onde forma uma
camada de espuma que pode ser
removida por raspagem.
Na forma mais comum de
FAD, ar sob pressão é introduzido
no fundo de um tanque aberto e, à
medida que as bolhas de ar (agora a
uma pressão menor) sobem para o
topo do tanque, o material aglomerado flutua para a superfície. Em
outras configurações de FAD, o
próprio efluente líquido é pressurizado e supersaturado com ar; então,
deixa-se a pressão do efluente diminuir até a atmosférica, fazendo com
que o excesso de gases dissolvidos
no efluente flutue para a superfície.
Na FAI, ar é introduzido através de
um rotor e dispersado usando-se
difusores de ar.
A flotação com ar é mais efic iente quando o tamanho da bolha de
ar é pequeno — 2 mm é típico. É
freqüente o uso de coadjuvantes de
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coagulação para aumentar o tamanho dos aglomerados e facilitar a
flotação. O processo não é eficiente
para efluentes quimicamente emulsificados, tais como efluentes resultantes do processamento de aminas
e de dessalinização, e efluentes
contendo surfactantes; nestes casos,
a emulsão química deve ser primeiramente quebrada para liberar o
material em suspensão.
Coalescência do óleo
Coalescedores com leitos fibrosos têm sido usados, em escala
piloto, no tratamento de efluentes
líquidos para a remoção secundária
de emulsões água/óleo que não
puderam ser separadas nos separadores por gravidade. Os coalescedores consistem em elementos filtrantes fixos feitos de materiais
fibrosos ou não, capazes de atrair o
óleo. As gotículas de óleo têm uma
grande afinidade por estas fibras,
que coalescem as gotículas de óleo
e quebram as emulsões. Algumas
fibras têm menos do que 0,5 µm de
diâmetro. Quando as emulsões de
água e óleo são forçadas a passar
através do elemento, as gotículas de
óleo microscópicas crescem e migram através do elemento subindo
para a superfície da água. O óleo
flutuante é então removido da superfície da água por raspagem.
A eficiência da unidade depende dos parâmetros de operação, tais
como: concentração do óleo do
afluente, tamanho da fibra, vazão,
molhabilidade do óleo, tamanho da
gotícula do óleo e concentração de
sólidos. O processo geralmente
requer um extensivo pré-tratamento
e é suscetível ao entupimento devido a sólidos ou a microrganismos.
Evaporação
A evaporação envolve a vaporização de um líquido de uma solução ou de uma lama. O objetivo é
concentrar uma solução composta
de um solvente volátil e um soluto
menos volátil. Portanto, esta tecnologia é útil para correntes de efluen-
tes que contêm uma alta concentração de sólidos ou quando é necessária a minimização do volume da
fase líquida para a redução dos custos de disposição.
A concentração é conseguida
pela retirada do solvente como vapor. Isto requer a transferência de
calor suficiente (o calor latente de
vaporização) de um meio aquecedor
para o fluido de processo para vaporizar o solvente.
A função do equipamento de
vaporização é fornecer o meio para
transferir o calor para o líquido e
permitir que o processo de vaporização ocorra. Os três tipos mais
comuns são os evaporadores de
filme ascendente, de filme descendente e de circulação forçada; trocadores de calor, tanques de ignição, bombas e ejetores, são equipamentos auxiliares comuns usados
nos sistemas de evaporação. Considerações importantes no projeto
de um evaporador são as características de transferência de calor, as
necessidades de energia e o potencial de corrosão, formação de espuma, carreamento, sujeira e incrustações.
A evaporação é uma tecnologia
cara tanto em termos de custos de
capital quanto de operação. São
produzidos uma corrente de fundo e
um condensado, ambos necessitando de um posterior processamento.
Os custos da evaporação solar são
menores, mas o custo da terra para
as necessidades de evaporação pode
ser alto. As lagoas de evaporação
requerem freqüentemente revestimentos no fundo e devem possuir
dispositivos para o seu esvaziamento, de forma que são consideradas
como uma prática de tratamento, e
não uma prática de disposição como
no passado.
Filtração
Os sistemas de filtração podem
separar óleo livre e emulsificado de
efluentes líquidos de refinarias.
Eles podem ser usados independentemente ou em conjunto com os
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separadores por gravidade ou sistemas de flotação com ar. O mecanismo de remoção na filtração é a
filtração direta e a coalescência
induzida dos glóbulos de óleo no
meio filtrante. O processo também
quebra emulsões mecânicas.
Materiais tais como: vidro,
cerâmicas porosas, metais, plásticos, areia, antracito e grafite têm
sido usados com meios filtrantes.
Materiais filtrantes específicos têm
que ser testados em cada corrente
de rejeito para se determinar a sua
eficiência. O meio filtrante é selecionado para uma corrente de reje ito em particular baseado na sua
afinidade pelo óleo específico que
está sendo carreado.
A filtração também pode ser
usada para remover sólidos em suspensão do efluente líquido antes do
posterior tratamento para remoção
de contaminantes específicos. O
meio filtrante mais comumente
utilizado para esta aplicação é a
areia ou outros materiais sólidos
inertes.
Os sistemas de filtração são
suscetíveis a entupimentos do meio
filtrante, especialmente com correntes de rejeito onde sólidos estejam
presentes. Os filtros têm que ser
freqüentemente retrolavados e a
água de lavagem reprocessada através do sistema de tratamento do
efluente líquido.
Nos filtros abertos, o crescimento bacteriano ou de algas no
meio filtrante pode resultar na redução da eficiência de filtração e em
problemas de odores e de presença
de pequenos animais. Portanto, o
afluente tem que ser pré-tratado
com biocidas.
Adsorção
A adsorção envolve o uso de
carvão ativado com uma alta área
superficial para a adsorção de contaminantes orgânicos presentes do
efluente líquido. A adsorção em
carvão ativo pode ser usada para
remover uma grande variedade de
contaminantes orgânicos e, algumas
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vezes, inorgânicos. O processo é
relativamente não-específico e é
usado como uma operação de tratamento secundária de amplo espectro. A adsorção deve ser considerada para a remoção de contaminantes
orgânicos apolares, com baixa solubilidade ou que tenham altas massas
molares.
A adsorção com carvão ativado
é geralmente realizada usando-se o
carvão ativado em pó (CAP) em
reatores de mistura perfeita ou o
carvão ativado granular (CAG) em
reatores de coluna ou de leito fluidizado (Figura 3). A concentração
do contaminante do efluente será
normalmente perto de zero até o
“breakpoint” ou ponto de saturação
dos sítios do carvão ativo, caso no
qual a concentração do contaminante, tanto no afluente como no efluente, é a mesma. As colunas de
adsorção são tipicamente operadas
em pares de forma que quando ocorre a saturação da primeira colu-
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na, a segunda é colocada em linha e
adsorve os contaminantes, enquanto
a primeira coluna é regenerada.
Pelo fato de mudanças nas características do afluente poderem resultar
na exaustão prematura do carbono,
o efluente tem que ser continuamente monitorado para indicar a eficiência do adsorvedor.
O problema operacional mais
comum com os adsorvedores com
carvão é o desenvolvimento de uma
excessiva perda de carga como resultado da acumulação de sólidos e
do crescimento biológico no carvão.
Este último pode levar à formação
de sulfeto de hidrogênio por bactérias redutoras de sulfato em condições anaeróbicas. Portanto, o prétratamento do rejeito para remover
os sólidos e a adição de biocidas são
tipicamente necessários.
Outro problema é a exaustão
prematura do carvão. Os poros
internos do carvão podem ficar
bloqueados por contaminantes com
Carvão em
Suspensão
altas massas molares, tornando-os
inacessíveis aos contaminantes de
interesse. Mudanças no pH do afluente também podem resultar em um
efeito cromatográfico, no qual espécies previamente adsorvidas são
substituídas por compostos com
energias de adsorção mais altas,
resultando em picos de concentração no efluente.
Arraste com ar/vapor
O arraste é um processo de
tratamento físico no qual contaminantes dissolvidos são transferidos
da fase ílquida para uma corrente
gasosa (Figura 4). A força motriz
para a transferência de massa é o
gradiente de concentração entre as
fases líquida e gasosa.
No arraste com ar, a relação de
equilíbrio governante é a Lei de
Henry. Portanto, o processo só é
aplicável a contaminantes que são
voláteis sob as condições atmosféricas normais. O ar é introduzido no
Afluente
Recheio
Reator em
Batelada
Efluente
Coluna 1
Coluna 1
Adsorvedores em Coluna
Afluente
Carvão
Novo
Efluente
Carvão
Efluente
Reator Contínuo
de Mistura
Perfeita
Água
Afluente
Carvão
Exaurido
Reator de Leito Fluidizado
Carvão Ativado em Pó
Carvão Ativado Granulado
Figura 3. O carvão ativado pode ser usado para remover contaminantes por adsorção.
20
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em carvão ativo, dependendo da natureza dos contaminantes e das regulamentações ambientais aplicáveis.
Queimador ou
Incinerador
Adsorção com
Carvão Ativado
Vapor de Topo
Contaminantes
Recuperados
Água
Afluente
Torre Empacotada
ou de Bandejas
Entrade de
Ar ou Vapor
Efluente
Figura 4. No arraste com ar e com vapor, os contaminantes são transferidos da
fase líquida para a fase vapor.
efluente líquido para remover contaminantes orgânicos dissolvidos
relativamente voláteis. A corrente
residual gasosa de saída contaminada tem que sofrer um tratamento
posterior para remover os contaminantes antes de ser descartada na
atmosfera.
O arraste com vapor utiliza
vapor vivo como fase gasosa. Neste
caso, o equilíbrio líquido/vapor
entre a água e composto orgânico é
a relação-chave de equilíbrio. O
arraste com vapor pode remover
alguns compostos semivoláteis ou
mais solúveis que não podem ser
removidos facilmente pelo arraste
com ar. O vapor de topo é então
condensado para a recuperação dos
compostos arrastados.
A eficiência do arraste irá depender da concentração dos contaminantes na corrente do rejeito e no
gás de saída, da razão área superficial/volume, da razão ar/água e da
quantidade de sólidos. Vários tipos
de meios de arraste estão disponíveis de forma a fornecer diferentes
razões área superficial/volume —
recheios plásticos são os mais comumente utilizados.
Os problemas operacionais
mais comumente encontrados são a
obstrução dos meios ou a perda da
pressão do ar. O arraste produz um
corrente de gás de saída que normalmente contém altas concentrações de compostos orgânicos. Esta
corrente de gás tem que então ser
tratada antes de ser descartada na
atmosfera. O tratamento do gás de
saída é normalmente conseguido através de queima, incineração ou adsorção
Extração líquido/líquido
A extração líquido/líquido, ou
extração por solvente, é a separação
dos constituintes de uma solução
líquida pelo contato com um outro
líquido no qual os constituintes são
mais solúveis. O segundo líquido
(ou
solução
extratora)
é
normalmente imiscível com a água
nas condições da extração. Os
constituintes são transferidos de um
líquido para o outro, mas não são
alterados quimicamente. A solução
extratora é selecionada de forma a
poder ser reutilizada e facilmente
separada do seio do efluente líquido.
O processo de extração com
solvente (Figura 5) consiste de quatro componentes básicos:
• contato entre o efluente líquido e o solvente;
• separação do efluente líquido
extraído e do solvente;
• tratamento do solvente para
remover os contaminantes extraídos; e
Alimentação do Efluente
Extrato
(Solvente e
Contaminantes)
Vaso de
Extração
Efluente
(com Solvente
Residual)
Solvente Puro
Figura 5. Na extração líquido/líquido, os contaminantes são transferidos de um
líquido para o outro.
21
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• tratamento do efluente líquido para remover resíduos do solvente.
Os sistemas de extração variam
desde simples decantadores-misturadores de único estágio até colunas
de extração de múltiplos estágios.
A separação do solvente e do contaminante pode ser conseguida pelo
arraste com ar ou com vapor, destilação, evaporação ou uma segunda
etapa de extração com solvente. O
tratamento do efluente líquido extraído pode ser por arraste com ar
ou com vapor, adsorção em carvão
ou degradação biológica.
A eficiência do processo irá
depender da distribuição de equilí-
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brio do contaminante entre o efluente líquido e o solvente de extração,
além da cinética da transferência de
massa entre as duas fases líquidas.
Para aumentar a eficiê ncia, a razão
solvente/efluente pode ser aumentar
ou serem empregados múltiplos
estágios de extração.
As principais preocupações em
relação à segurança do processo de
extração são a inflamabilidade e a
toxicidade do solvente. E pelo fato
de resíduos do solvente estarem
presentes no efluente líquido tratado,
deve-se tomar cuidado na escolha do
solvente de forma que os seus resíduos não causem problemas adicionais de qualidade ao efluente.
A extração é aplicável para
constituintes que são completamente miscíveis tanto no solvente como
na água. Ela é usada em aplicações
onde a recuperação dos contaminantes é desejada para o reprocessamento ou com o propósito de
minimização dos rejeitos. Hoje em
dia, o processo é usado para a remoção de fenóis e ácido acético de
efluentes industriais. São solventes
típicos de extração: óleo cru, óleo
leve, benzeno, tolueno, éter isopropílico, acetato de butila, metil isobutil cetona e cloreto de metila.
Tabela 4. Resumo dos processos químicos de tratamento de efluentes líquidos.
Processo
Aplicações
Vantagens
Desvantagens
Precipitação
Química
Inorgânicos, Metais
Remoção de constituintes dissolvidos.
Baixa manutenção.
Recuperação de metais.
Mais ou menos seguro.
Baixo consumo de energia.
Fácil de operar.
Emissões de voláteis.
É necessário o manuseio e
a armazenagem apropriados
dos reagentes.
Disposição do lodo.
Remoção seletiva.
Requer aditivos químicos.
Recuperação
Eletrolítica
Alta Concentração de
Orgânicos, Inorgânicos
e Metais
Remoção de constituintes dissolvidos.
Recuperação de metais.
Relativamente seguro.
Fácil de operar.
Sem lodos residuais.
Altos custos de capital e de
operação.
Remoção seletiva.
Difícil manutenção.
Alto consumo de energia.
Suscetível a obstruções.
Troca Iônica
Baixa Concentração de
Orgânicos, Inorgânicos
e Metais
Remoção de constituintes dissolvidos.
Recuperação de metais.
Relativamente seguro.
Fácil de operar.
A água pode ser reutilizada.
Altos custos de capital e de
operação.
Remoção seletiva.
Difícil manutenção.
Alto consumo de energia.
Suscetível a obstruções.
Osmose Reversa
Baixa Concentração de
Orgânicos, Inorgânicos
e Metais
Remoção de constituintes dissolvidos.
Recuperação de metais.
Relativamente seguro.
Fácil de operar.
A água pode ser reutilizada.
Altos custos de capital e de
operação.
Remoção seletiva.
Difícil manutenção.
Alto consumo de energia.
Suscetível a obstruções.
Oxidação/Redução
Alta Concentração de
Orgânicos, Alguns Inorgânicos
Remove contaminantes dissolvidos.
Alto grau de tratamento.
Sem correntes de rejeitos.
Altos custos de capital e de
operação.
Remoção seletiva.
Difícil manutenção.
Difícil de operar.
Alto consumo de energia.
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Ajuste
de pH
Afluente
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Aditivos
Químicos
Coagulantes Pás Misturadoras de
Baixa Velocidade
Efluente
Lodo
Tanque de Mistura Rápida
Vaso de Floculação/Sedimentação
Figura 6. A precipitação química é útil para a remoção de metais tóxicos do
efluente líquido.
TRATAMENTO QUÍMICO
Os processos de tratamento
químicos manipulam as propriedades químicas dos contaminantes
para facilitar a remoção do poluente
da corrente do efluente líquido ou
para decompor o composto na própria corrente. Os produtos finais do
processo de destruição química
podem ser então facilmente separados da corrente ou são inócuos e
não causam problemas ao efluente
se forem deixados em solução (tais
como dióxido de carbono e água).
Os processos de tratamento
químicos mais freqüentemente empregados no tratamento de efluentes
líquidos industriais (Tabela 4) são a
precipitação e coagulação químicas,
a recuperação eletrolítica, a troca
iônica, a osmose reversa e a oxidação e a redução.
A precipitação e a coagulação
são processos de tratamento primários e secundários que removem
metais e outros materiais sedimentáveis da corrente do rejeito. A
recuperação eletrolítica, a troca
iônica e a osmose reversa são processos de tratamento secundários,
terciários e quaternários destinados
a remover compostos metálicos da
corrente de efluente para serem
recuperados ou dispostos. A oxidação e a redução são processos de
tratamento secundários e terciários
que degradam ou alteram o contaminante (normalmente um composto orgânico ou metal pesado) baseado nas suas propriedades químicas
específicas, de forma a reduzir a
toxicidade.
Precipitação química
Na precipitação química, os
contaminantes solúveis são convertidos em formas insolúveis por reações químicas ou por mudanças na
composição do solvente que diminui a solubilidade dos contaminantes. Os sólidos precipitados são
então removidos por coagulação,
floculação e sedimentação ou filtração.
O processo tem ampla aplic ação para a remoção de metais tóxicos — incluindo arsênico, bário,
cádmio, cromo, cobre, chumbo,
mercúrio, níquel, selênio, prata,
tálio e zinco — da fase aquosa.
O processo de precipitação
química é implementado pela adição de um precipitante químico ao
efluente contendo íons metálicos
em um reator continuamente agitado (Figura 6). Os metais dissolvidos são convertidos a uma forma
insolúvel pela reação química entre
o metal solúvel e o precipitante. A
floculação ou uma mistura a baixas
velocidades, com ou sem a ajuda de
coagulantes, é então utilizada para
aglomerar os sólidos finamente
divididos. O efluente floculado é
direcionado para um clarificador
primário, onde os sólidos decantamse da solução.
A cimentação é um processo
de precipitação eletroquímica no
qual o metal de interesse é deslocado da solução por um metal com um
maior potencial de oxidação. Este
processo é usado para recuperar
íons metálicos redutíveis, como na
precipitação de prata das soluções
de processamento fotográfico e
cobre das soluções de circuitos impressos. A cimentação oferece vantagens econômicas significativas em
relação a outros processos de tratamento porque metais valiosos (tais
como ouro, prata ou cobre) podem
ser recuperados.
Por causa da natureza das reações químicas envolvidas, a precipitação química é mais eficiente
quando correntes de rejeitos concentradas são segregadas da corrente principal. Muitas correntes de
rejeitos contendo metais ou são
muito ácidas ou muito básicas, devendo ser neutralizadas antes do
processo de precipitação. O calor
liberado na neutralização pode resultar em um aumento substancial
de temperatura no reator, podendo
causar projeções de material localizadas e a emissão de materiais voláteis. Além disso, a corrosão do
equipamento de tratamento deve ser
levada em conta. A adição de uma
lama de cal ao tanque de reação
antes da adição de um rejeito ácido
pode revestir o tanque e permitir a
dissipação do calor de reação através de todo o líquido no tanque. O
resfriamento do tanque, tanto externamente quanto por aeração, é freqüentemente necessário, e uma
ventilação adequada deve ser providenciada.
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Recuperação eletrolítica
O processo de recuperação
eletrolítica é usado principalmente
para recuperar metais de correntes
de rejeitos de processo ou águas de
rinsagem, tanto pelo seu valor econômico quanto para cumprir critérios de descarte de efluentes. Ele
tem sido usado para recuperar cobre, zinco, prata, cádmio, ouro e
outros metais pesados.
A recuperação eletrolítica envolve reação de oxidação e redução
que ocorrem na superfície de eletrodos condutores (catodo e anodo).
Os eletrodos são imersos no efluente e aplica-se uma determinada ddp.
O íon metálico é reduzido à sua
forma elementar no catodo enquanto produtos gasosos, tais como oxigênio, hidrogênio, nitrogênio ou
cloro, evolvem do anodo. O principal equipamento de processo consiste no reator eletroquímico contendo os eletrodos, um sistema de
exaustão de gases, bombas de recirculação e uma fonte de força.
O processo é mais eficiente em
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correntes de rejeitos contendo
metais altamente concentrados
(> 1.000 ppm). A recuperação eletrolítica em efluentes líquidos mais
diluídos pode resultar em polarização catódica, o que impede a migração do metal para o eletrodo. O
processo não é eficiente para a recuperação de níquel por causa do
seu baixo potencial padrão de redução e dos altos valores das constantes de estabilidade dos seus complexos.
Troca iônica
A troca iônica não é normalmente utilizada para o tratamento de
efluentes líquidos. Quando ela é
empregada, ela é usada com o propósito de reutilização da água. Ela
é usada principalmente para a remoção de íons que causam dureza
na água, tais como cálcio e magnésio, no tratamento para a potabilização da água, e para a remoção de
ferro e manganês de águas subterrâneas. O processo de troca iônica
envolve a troca de um íon preso a
uma superfície sólida por forças
eletrostáticas por um íon de carga
similar que está presente na corrente
do efluente. Tipicamente, são usadas resinas sintéticas sólidas com
grupos funcionais iônicos solúveis.
As resinas podem ser catiônicas
(quando trocam cátions com o meio
líquido) ou aniônicas (quando trocam ânions).
A água purificada pode ser
reciclada de volta ao processo industrial. Os contaminantes podem
ser recuperados pela regeneração da
resina de troca iônica usando soluções cáusticas ou ácidas. O processo é normalmente realizado em
ciclos, alternando entre os modos de
serviço e de regeneração.
A troca iônica é bastante aplicável a detoxificação de grandes
vazões de efluentes líquidos contendo relativamente baixos níveis
de metais pesados contaminantes.
Altas concentrações de contaminantes orgânicos (100 ppm ou mais)
podem obstruir a resina, tornando
necessárias freqüentes regenerações.
Pressão
Água
Água Pura
Água
Solução
Concentrada
Água Pura
Membrana
Semipermeável
Osmose
Solução
Concentrada
Membrana
Semipermeável
Osmose Reversa
Alimentação
Bomba de
Alta Pressão
Água Pura
Membrana
Efluente
Semipermeável
Concentrado
Sistema de Osmose Reversa
Figura 7. A osmose reversa emprega uma membrana semipermeável para concentrar o efluente e recuperar água purificada.
Osmose reversa
A osmose envolve a migração
de água através de uma membrana
semipermeável que separa soluções
de diferentes concentrações. A
membrana é permeável à água, mas
ela retém contaminantes dissolvidos
tais como sais e compostos com alta
massa molar. Na osmose, a água
migra através da membrana do lado
diluído para o lado mais concentrado, até que ambos os lados tenham
iguais concentrações. Na osmose
reversa, aplica-se uma pressão do
lado mais concentrado para forçar a
água a passar para o lado menos
concentrado, no sentido reverso do
fluxo osmótico normal — daí o
termo osmose reversa (Figura 7).
As membranas empregadas
geralmente possuem uma permeabilidade extremamente alta à água e
uma muito pequena permeabilidade
a sais. Os materiais mais comuns
das membranas são o acetato de
24
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celulose e as poliamidas aromáticas.
O material da membrana é tipic amente fabricado em módulos tubulares ou espirais, que são então empacotados dentro de um vaso de
pressão. A alimentação é introduzida sob pressão e flui axial ou radialmente através dos módulos.
Uma vantagem-chave da osmose reversa é que ela produz um
efluente purificado de alta qualidade que pode ser reutilizado, enquanto a corrente de rejeito que requer
disposição é concentrada e reduzida
em volume.
O grau de tratamento alcançado com o sistema de osmose reversa
depende do tipo de membrana, da
concentração de sólidos dissolvidos,
da temperatura da alimentação e da
pressão aplicada. O fator mais importante na performance da osmose
reversa é a obstrução da membrana
causada pelos materiais em suspensão no efluente líquido ou por materiais que precipitem durante o tratamento (normalmente devido à
diminuição da solubilidade na solução concentrada). Este problema
pode ser evitado pelo pré-tratamento das correntes de rejeito ou pelo
reciclo do efluente tratado para
diluir o afluente.
Oxidação/Redução
As reações redox são importantes no tratamento de efluentes líquidos contendo metais e toxinas inorgânicas. Elas também são importantes no tratamento de muitos
rejeitos orgânicos, tais como: fenóis, pesticidas, aminas, mercaptans
e clorofenóis.
As reações redox utilizam equipamentos simples para misturar
o efluente líquido com o agente
químico do tratamento. Algumas
reações são tão rápidas que podem
ser conduzidas em um reator tubular, enquanto outras podem requerer
várias horas e são conduzidas em
reatores em batelada ou em reatores
agitados contínuos em série. Agentes oxidantes típicos incluem o hipoclorito de sódio, o peróxido de
hidrogênio, o hipoclorito de cálcio,
o permanganato de potássio e o
ozônio. Os agentes redutores incluem o dióxido de enxofre e o borohidreto de sódio.
A oxidação, com ou sem o uso
de catalisadores, é usada para remover compostos orgânicos do
efluente líquido. O peróxido de
hidrogênio e o ozônio são usados
freqüentemente para oxidar compostos orgânicos tóxicos que são
resistentes ao tratamento biológico.
A oxidação do cianeto é conseguida
usando-se tanto o hipoclorito de
sódio quanto o de cálcio.
A redução é usada mais freqüentemente para reduzir o Cr6+ para Cr3+, que é menos tóxico e pode
ser precipitado e removido da solução facilmente.
As reações redox conduzidas
em fase aquosa são geralmente seguras. Entretanto, reações violentas
e mesmo explosivas podem ocorrer
com oxidantes fortes, como o peróxido de hidrogênio, sob certas condições. A armazenagem e o manuseio de agentes fortemente oxidantes ou redutores requer precauções
de segurança por causa da instabilidade das soluções concentradas. As
soluções são também extremamente
corrosivas e requerem materiais de
construção específicos, tais como
ligas especiais ou aços recobertos.
TRAT AMENTO TÉRMICO
Os processos de tratamento
térmicos utilizam temperaturas elevadas para decompor os contaminantes. As espécies metálicas são
decompostas em suas formas elementares, tanto como cinzas ou
como gases, enquanto os compostos
orgânicos são decompostos a dióxido de carbono, água e haletos ou
halogênios na forma gasosa. Devido às pressões e temperaturas utilizadas na destruição dos contaminantes (que geralmente estão perto
ou são as do ponto crítico da água),
toda a corrente de rejeito sofre decomposição ao invés de apenas o(s)
contaminante(s) de interesse. É
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produzida água purificada através
da condensação do vapor produzido
ou pelo retorno da corrente de reje itos à temperatura e à pressão ambientes.
Devido ao custo energético de
levar a corrente do efluente líquido
à temperatura e à pressão críticas
ser alto, os processos térmicos são
geralmente reservados para o tratamento de resíduos sólidos. Entretanto, em alguns casos, o tratamento
térmico é selecionado como a única
tecnologia de tratamento viável para
um rejeito líquido.
Os processos de tratamento
térmicos empregos no tratamento de
efluente líquidos industriais (Tabela
5) são a oxidação com ar úmido, a
oxidação supercrítica e a incineração por injeção líquida.
A oxidação com ar úmido e a
oxidação supercrítica são ambas
usadas principalmente para a remoção de contaminantes orgânicos
específicos. A oxidação supercrítica é usada quando a reação de oxidação produz energia suficiente
para manter a reação. A oxidação
com ar úmido é freqüentemente
usada como um processo de tratamento primário ou secundário para
degradar compostos orgânicos recalcitrantes a formas mais facilmente biodegradáveis ao se usar os processos de tratamento biológicos
convencionais. A incineração líquida é usada somente para rejeitos
especiais que não podem ser tratados usando-se uma outra tecnologia,
devido a restrições ambientais ou
por não ser aplicável nenhuma outra
forma de detoxificação (é o caso de
rejeitos contendo altas concentrações de metais pesados que não
podem ser precipitados eficientemente).
Oxidação com ar úmido
e oxidação supercrítica
A oxidação com ar úmido ocorre quando um composto oxidável na fase líquida é misturado com
ar em temperaturas de 150–325°C e
pressões de 2.000–20.000 kPa. A
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Tabela 5.
4. Resumo dos processos térmicos de tratamento de efluentes líquidos.
Processo
Aplicações
Vantagens
Desvantagens
Oxidação com
Ar Úmido
Alta Concentração
Alta
Concentração de
Orgânicos, Compostos Tóxicos
Remoção de constituintes dissolvidos.
Processo destrutivo.
Sem tratamento secundário.
Alto consumo de energia.
Altos custos de capital e de
operação.
Difícil manutenção.
Um pouco inseguro.
Difícil de operar.
Oxidação
Supercrítica
Alta Concentração de
Orgânicos, Compostos Tóxicos
Remoção de constituintes dissolvidos.
Processo destrutivo.
Sem tratamento secundário.
Pode ser auto-sustentável.
Alto consumo de energia.
Altos custos de capital e de
operação.
Difícil manutenção.
Um pouco inseguro.
Difícil de operar.
Incineração
Alta Concentração de
Orgânicos, Compostos Tóxicos
Remoção de constituintes dissol- Alto consumo de energia.
vidos.
Altos custos de capital e de
Processo destrutivo.
operação.
Difícil manutenção.
Um pouco inseguro.
Difícil de operar.
Tratamento do gás de saída.
maioria dos compostos orgânicos é
oxidada estequiometricamente a
dióxido de carbono e água.
O processo tem sido usado
para tratar correntes de rejeito contendo compostos orgânicos muito
diluídos para a incineração, mas
muito tóxicos para a degradação
biológica. Ele também é usado para
regenerar o carvão ativado saturado
e para pré-tratar rejeitos refratários
gerando formas mais facilmente
biodegradáveis. Rejeitos contendo
cianetos e sulfetos orgânicos, compostos aromáticos halogenados e
compostos heterocíclicos contendo
nitrogênio oxigenado são facilmente
oxidados. O processo não é adequado para rejeitos que contenham
principalmente contaminantes inorgânicos.
A oxidação supercrítica explora as propriedades da água na sua
temperatura e pressão críticas
(374°C e 25,3 MPa). Sob estas
condições, as substâncias orgânicas
se tornam completamente miscíveis
e os sais insolúveis.
Tanto a oxidação com ar úmido quanto a supercrítica podem ser
auto-sustentáveis, em termos da
necessidade energética, devido à
natureza exotérmic a das reações de
oxidação. Existe, portanto, um valor
mínimo para o poder calorífico do
rejeito para que ele possa ser tratado. Rejeitos mais diluídos podem
ser tratados pela adição de um combustível.
O projeto do reator e do trocador de calor envolve a consideração
de materiais que possam resistir à
pressão e à temperatura máxima da
reação, como é o caso de aços especiais. A eficiência da reação varia
de 99,99 a 99,9999%. O efluente
geralmente contém alguns compostos orgânicos de baixa massa molar
que são facilmente biodegradáveis.
O efluente também conterá sólidos
em suspensão se o afluente tiver um
alto teor de metais.
Os problemas associados com
estes tratamentos são a formação de
subprodutos devidos à oxidação
incompleta se as condições da reação não estiverem certas e o tratamento dos gases de saída contendo
compostos orgânicos de baixa massa molar. Estes compostos orgâni-
cos voláteis podem ser removidos
por adsorção em carvão ativado ou
por incineração dos fumos. Além
disso, a formação de sólidos no
reator pode levar a obstruções.
Incineração por injeção líquida
A incineração líquida é um
processo de destruição térmica onde
o rejeito líquido é diretamente queimado ou injetado em uma chama ou
em uma câmara de combustão de
um incinerador. O poder calorífico
do rejeito e a energia necessária
para levar o rejeito às temperaturas
de combustão são fatores críticos
que devem ser considerados. Embora o processo resulte na completa
destruição do rejeito, a energia necessária e as exigências de operação
e manutenção são altas. Entretanto,
para algumas correntes de rejeitos,
como aquelas contendo certos metais pesados, bifenilas policloradas
(PCBs) ou dioxina, a incineração é
a única tecnologia viável.
Os líquidos orgânicos e as
soluções aquosas passam por três
fases antes que a oxidação propriamente dita ocorra — eles são aque26
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cidos, vaporizados e então superaquecidos até a temperatura de ignição. Ao mesmo tempo, o líquido
deve estar em contato íntimo com o
oxigênio. O oxigênio reage com as
espécies oxidáveis presentes para
liberar energia. À medida que isto
ocorre, há um repentino aumento na
temperatura, completando a reação
de oxidação.
Os incineradores com injeção
líquida são normalmente câmaras
com revestimento refratário equipadas com combustores primários e,
freqüentemente, secundários. As
temperaturas de operação estão na
faixa de 1.000–1.700°C. Os tempos
de residência variam de milissegun-
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dos a segundos. Os líquidos são
injetados através de atomizadores,
os quais quebram o líquido em gotículas e controlam a vazão do líquido. A maioria dos incineradores
líquidos não produz sólidos ou cinzas e os problemas de poluição atmosférica são mínimos, embora
lavadores tenham que estar presentes para remover os gases ácidos.
As propriedades físicas, químicas e termodinâmicas do rejeito, tais
como: corrosividade, polimerização, calor de combustão, viscosidade e reatividade, têm que ser consideradas no projeto dos sistemas de
incineração. Sistemas típicos consistem em tanques de armazenagem,
misturadores, bombas, atomizadores, combustores, revestimento refratário, sistemas de recuperação de
calor e de resfriamento súbito e
equipamento para o controle da
poluição atmosférica. Outros sistemas consistem de um queimador
com injeção líquida e utilizam reje itos líquidos como uma fonte auxiliar de combustível.
O grau de tratamento alcançado nos incineradores é da ordem de
99,99% ou mais para a maioria dos
constituintes orgânicos de interesse.
Entretanto, a produção de subprodutos de combustão incompleta tem
sido uma preocupação na incineração de certas correntes de rejeitos.
Tabela 6. Resumo dos processos biológicos de tratamento de efluentes líquidos.
Processo
Aplicações
Vantagens
Desvantagens
Lodo Ativado
Baixa Concentração de
Orgânicos, Alguns Inorgânicos
Remoção de constituintes dissolvidos.
Baixa manutenção.
Processo destrutivo.
Relativamente seguro.
Baixos custos de capital.
Relativamente fácil de operar.
Emissão de voláteis.
Disposição do excesso de
lodo.
Custo energético um pouco
altos.
Suscetível a choques de
alimentação e toxinas.
Suscetível a mudanças
climáticas.
Lagoas de Aeração
e de Estabilização
Baixa Concentração de
Orgânicos, Alguns Inorgânicos
Remoção de constituintes dissolvidos.
Baixa manutenção.
Processo destrutivo.
Relativamente seguro.
Baixos custos de capital.
Baixo consumo de energia.
Fácil de operar.
Raramente há lodo em excesso.
Emissão de voláteis.
Custo energético um pouco
alto.
Suscetível a choques de
alimentação e toxinas.
Suscetível a mudanças
climáticas.
Grande necessidade de
área.
Sem controles operacionais.
Filtros de Percolação,
Reatores de Filmes
Fixos
Baixa Concentração de
Orgânicos, Alguns Inorgânicos
Remoção de constituintes dissolvidos.
Baixa manutenção.
Processo destrutivo.
Relativamente seguro.
Produção relativamente pequena
de excesso de lodo.
Emissão de voláteis.
Suscetível a choques de
alimentação e toxinas.
Suscetível a mudanças
climáticas.
Custos de capital e de operação relativamente altos
Suscetível a obstruções.
Digestão Anaeróbica
Baixa Concentração de
Orgânicos, Orgânicos
Clorados, Inorgânicos
Remoção de constituintes dissolvidos.
Processo destrutivo.
Trata rejeitos clorados.
Produz metano.
Reduzida geração de lodo.
Suscetível a choques de
alimentação e toxinas.
Suscetível a mudanças
climáticas.
Custos de capital e de operação relativamente altos.
Alto consumo de energia se
o metano não for recuperado.
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FEN07-02162/2 — Introdução à Engenharia Ambiental
TRATAMENTO BIOLÓGICO
Os processos de tratamento
biológicos utilizam mecanismos
biológicos e bioquímicos para realizar uma mudança química nas propriedades dos contaminantes de
interesse. As propriedades químicas são alteradas pela ação de uma
grande variedade de microrganismos quando estes decompõem os
compostos na corrente de rejeito. A
decomposiç ão, ou metabolismo, dos
compostos orgânicos produz mais
massa biológica assim como a energia necessária aos microrganismos
para manter a vida. Em outras palavras, os contaminantes servem
como “alimento” para os microrganismos.
Compostos inorgânicos,
como a amônia e o sulfato, são
também utilizados em processos
metabólicos como fontes alternativas de oxigênio (ou oxidantes).
O principal objetivo do tratamento biológico é estabilizar a matéria orgânica em uma corrente de
rejeitos de forma que a degradação
biológica não ocorra no sistema de
distribuição de efluentes líquidos ou
num corpo d’água receptor. Isto é
feito para proteger o corpo receptor
da diminuição de oxigênio dissolvido e outros nutrientes e o acúmulo
de produtos descartados.
Os produtos finais ideais da
degradação microbiana são mais
massa celular, dióxido de carbono,
água, haletos, nitrogênio e enxofre
elementares, calor e excesso de
energia. Freqüentemente, a decomposição dos compostos orgânicos
não é completa, sendo formados
compostos de baixa massa molar,
tais como: álcoois, cetonas e ácidos
carboxílicos. Entretanto, estes compostos são normalmente de baixa
toxicidade à vida aquática e são
facilmente biodegradados a posteriori sob as condições apropriadas.
Os processos de tratamento
biológicos tipicamente encontrados
no tratamento de efluentes líquidos
industriais (Tabela 6) incluem os
processos de lodos ativados, as lagoas de aeração ou de estabilização,
os filtros de percolação ou reatores de
filmes fixos e processos anaeróbicos.
As lagoas de aeração e de estabilização são usadas quando existe
uma grande área disponível. Os
processos de lodos ativados são
usados quando uma área menor está
disponível e é desejável reduzir a
quantidade de tempo necessária
para a degradação dos rejeitos. Os
processo com filtros de percolação
ou filmes fixos podem ser realizados tanto em pequenos vasos ou em
grandes áreas abertas, dependendo
da vazão desejada. Estes são freqüentemente preferidos aos processos de lodos ativados devido à menor demanda de equipamentos para
a aeração mecânica. Os processos
de tratamento anaeróbicos são usados quando se deseja reduzir a
quantidade de lodo que deve ser
disposto e na degradação de rejeitos
orgânicos clorados e halogenados
em geral.
Lodos ativados
No processo de lodos ativados,
um licor composto de microrganismos em suspensão, oxigênio dissolvido, compostos orgânicos e nutrientes, é continuamente homogeneizado ou aerado (Figura 8). (O termo “ativado” refere-se aos microrganismos vivos, em contraposição a
material inerte.) A matéria biológica suspensa entra em contato com
oxigênio, nutrientes e matéria orgânica para degradar os compostos
orgânicos a dióxido de carbono e
água (idealmente), que permanecem
no licor. O tanque de aeração, onde
a degradação ocorre, é seguido de
um clarificador ou um estágio de
sedimentação, onde a matéria microbiana em suspensão é removida
da corrente de rejeito. A água tratada é então descartada ou é tratada
posteriormente com processos de
tratamento terciários, como a adsorção em carvão ativado, para remover resíduos orgânicos e contaminantes inorgânicos.
Uma porção da biomassa decantada (ou lodo), é reciclada de
Prof. Eduardo Bessa Azevedo
volta para o tanque de aeração, enquanto o restante é disposto ou
“descartado”. Freqüentemente, o
lodo que é descartado sofre um
posterior tratamento para estabilizar
a matéria biológica (chamado de
digestão do lodo) ou para reduzir o
volume do lodo (chamado de espessamento do lodo). Em alguns casos, a oxidação com ar úmido ou a
incineração pode ser usada para
dispor o lodo.
Na digestão do lodo, que pode
ser aeróbica ou anaeróbica, deixa-se
o lodo autodegradar-se em um reator que é homogeneizado (aeróbico)
ou não (anaeróbico). Os microrganismos consomem a sua própria
biomassa quando há a falta de uma
fonte de alimentação disponível,
reduzindo então a quantidade de
material a ser disposto e estabilizando o rejeito à medida que o crescimento e a atividade dos organismos famintos diminuem.
O espessamento do lodo envolve a remoção da água carreada
para concentrar a biomassa. Isto é
conseguido usando-se filtros prensa.
A prática de recuperar e reciclar uma porção da biomassa ativa
melhora a cinética de biodegradação no tanque de aeração. À medida que os organismos são reciclados
através do sistema, a idade geral do
lodo (ou o tempo de retenção do
lodo) aumenta. Isto permite o desenvolvimento de uma biomassa
mais madura e aclimatada. Os microrganismos
se
tornam
naturalmente mais adaptados à
corrente de rejeitos quanto mais
tempo eles forem expostos a uma
fonte de alimentos particular. Além
disso, uma grande variedade de
microrganismos pode proliferar em
um lodo ativado.
Certos
microrganismos têm taxas de
crescimento mais le ntas e seriam
“lavados” para fora do sistema se
tempos de retenção do lodo
menores fossem empregados. Após
o
desenvolvimento
de
uma
população de biomassa estável e
variada, o processo de lodos ativados é auto-sustentável enquanto
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Prof. Eduardo Bessa Azevedo
Ar
Afluente
Câmara de
Cascalho
Sedimentador
Primário
Cascalho
Lodo
Inerte
Tanque de
Aeração
Tanque de
Decantação
Reciclo do Lodo
Efluente
Descarte do Lodo
Figura 8. Os processos de lodos ativados degradam rejeitos mais rapidamente do que as lagoas aeradas.
uma fonte de alimentação, oxigênio
e certos nutrientes (tais como nitrogênio e fósforo) forem fornecidos.
O tratamento de correntes de
rejeitos concentradas pode gerar
uma grande quantidade de biomassa
em excesso que deve ser descartada.
O tratamento de correntes diluídas,
por outro lado, pode nunca necessitar de descartar lodo, ou então apenas muito raramente.
Pelo fato dos microrganismos
serem organismos vivos, eles são
naturalmente suscetíveis a mudanças climáticas, choques de alimentação, presença de toxinas e outras
perturbações no processo. Quando
uma instalação industrial emprega
um sistema de tratamento biológico,
o impacto de cada mudança operacional ou perturbação no processo
tem que ser considerado. A eficiê ncia do processo biológico irá depender, e muito, das características
da corrente de rejeitos de entrada.
Para prevenir choques de alimentação, a equalização ou outras formas
de pré-tratamento (tal como o ajuste
de pH) são realizadas. A atividade
microbiana é ótima somente em
uma estreita faixa de pH entre 6,0 e
8,0.
A biomassa em suspensão no
licor também pode ter a capacidade
de adsorção. Compostos orgânicos
e inorgânicos pode se aderir à superfície de aglomerados de biomassa e então serem removidos da corrente de rejeitos. Se um composto
adsorvido é biodegradável, ele será
posteriormente decomposto.
Se
não, ele será removido do sistema
junto com o excesso de lodo descartado.
A presença de excesso de óleo
livre na corrente de rejeito irá recobrir a superfície da biomassa, impedindo a transferência do oxigênio
necessário aos microrganismos e,
portanto, reduzindo a eficiência do
sistema. Por esta razão, muitas
plantas de lodos ativados são precedidas por separadores água/óleo por
gravidade e unidades de flotação
com ar dissolvido.
A presença de altas concentrações de metais tóxicos pode também representar um problema, pois
eles podem precipitar e concentrarse no lodo, inibindo a atividade
microbiana. A presenças deles no
lodo descartada também pode representar problemas na disposição.
Portanto, é recomendado um prétratamento para remover estes compostos.
O projeto e a operação eficaz
de sistemas de tratamento biológicos devem levar em conta a natureza complexa e as inter-relações
entre os organismos vivos. O processo de lodos ativados é relativamente seguro, embora a presença de
compostos orgânicos voláteis na
corrente de rejeitos possa resultar
em emissões atmosféricas excessivas no tanque de aeração. Muitos
sistemas usam sopradores, os quais
devem ser monitorados e normalmente necessitam de silenciadores.
Se misturados de superfície forem
usados, a manutenção dos misturadores pode ser bem difícil e perigosa, se não existir um sistema apro-
priado de retirada. O mesmo se dá
com os difusores de ar localizados
no fundo dos tanques (dentro ou
acima do solo). Um método seguro
para a retirada dos difusores para a
manutenção e reparos deve ser instalado — as considerações de custo
e tempo para o esvaziamento de um
tanque de aeração, geralmente fazem com que a manutenção seja
realizada com os sistemas ativos.
Recentemente, uma nova configuração do sistema de lodos ativados surgiu, chamada de reator em
batelada seqüencial (RBS). Neste
processo, um único tanque é usado
para a degradação aeróbica dos
contaminantes, a sedimentação da
biomassa, a clarificação do efluente
e a digestão do lodo. O processo
engloba um tanque, misturadores,
aeradores e um sistema de controle.
Deixa-se o tanque encher com o
efluente líquido e o conteúdo do
tanque é misturado por um certo
período de tempo para suspender a
biomassa e estabilizar o rejeito. É
fornecido ar pelos difusores ou por
agitação. O ar ou os misturadores
são então desligados e deixa-se a
biomassa sedimentar para o fundo
do tanque por gravidade. O efluente clarificado é descartado pelo topo
do tanque. O lodo sedimentado se
autodigere anaerobicamente por certo
período de tempo antes do próximo
ciclo de enchimento começar.
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Lagoas aeradas ou
Lagoas de estabilização
Na sua forma mais simples, as
lagoas aeróbicas de estabilização
são bacias grandes, rasas, feitas
diretamente no solo, que usam processos naturais envolvendo tanto as
algas quanto as bactérias para estabilizar o material orgânico presente
em uma corrente de rejeitos. As
lagoas são rasas de forma a que
tanto a luz quanto o oxigênio possa
penetrar a qualquer profundidade.
Há uma suspensão de algas e bactérias e estas proliferam na lagoa. A
proliferação das algas é encorajada
pelo fato delas liberarem oxigênio
durante o processo de fotossíntese
que pode ser usado pela s bactérias
para a estabilização da matéria orgânica.
Os problemas operacionais
associados com as lagoas de estabilização incluem a produção de odores desagradáveis e insetos (moscas
e mosquitos) e a reduzida eficiência
do tratamento em climas frios. Além disso, se o oxigênio presente
não for suficiente, a lagoa irá começar a se tornar anaeróbica, aumentando os odores devidos aos rejeitos
em putrefação e à produção de sulfeto de hidrogênio. Não há também
uma maneira de controlar a atividade nas lagoas e grandes áreas de
terreno são necessárias.
Por muitos anos, as lagoas de
estabilização foram um processo de
tratamento biológico atraente devido à falta de necessidade de controles operacionais. Entretanto, as
lagoas eram suscetíveis ao transbordamento devido a tempestades
severas e à perda da biomassa.
Além disso, a infiltração de compostos tóxicos no solo tem reduzido
o uso de bacias feitas diretamente
no solo.
As lagoas aeradas (Figura 9)
são similares às lagoas de estabilização, exceto por uma constante
fonte de oxigênio, tanto por aeração
quanto por agitação, que é fornecida
para manter as condições aeróbicas
na bacia. O lodo que é produzido
Prof. Eduardo Bessa Azevedo
sedimenta-se em certas áreas da
lagoa e forma um lençol no fundo.
O lençol de lodo se torna anaeróbico e o lodo se autodigere. A introdução do oxigênio elimina a produção de odores desagradáveis e permite que menores áreas sejam usadas, pois as lagoas podem ser mais
profundas do que as de estabilização.
As lagoas têm as suas próprias
limitações e desvantagens. Elas
precisam ter o lodo removido do
fundo de tempos em tempos, para
restaurar a capacidade hidráulica.
Isto apresenta problemas operacionais, de segurança e de disposição
devido ao tipo de equipamento necessário para a remoção do lodo de
uma lagoa ativa (normalmente não é
possível drenar a lagoa para que ela
seja limpa). Quando certas condições prevalecem, os sólidos na lagoa não sedimentam e podem ser
carreados juntos como efluente. A
proliferação de algas nas lagoas
aeradas não é desejada devido ao
fato das algas permanecerem em
suspensão (não sedimentam). E,
pelo fato do lodo não ser continuamente descartado, concentrações
tóxicas de metais e de orgânicos
recalc itrantes irão se acumular, o
que pode inibir a atividade biológica e apresentar um problema de
disposição durante a limpeza da
lagoa.
O mecanismo de degradação
nas lagoas de estabilização e nas
lagoas aeradas é o mesmo dos lodos
ativados, entretanto, o tempo de
retenção do lodo é extremamente
longo (da ordem de meses ou anos).
Por esta razão, elas são freqüentemente usadas para a degradação de
compostos recalcitrantes que, de
outra forma, exigiriam reatores de
aeração extremamente grandes.
Reatores de filme fixo
Uma alternativa para os processos biológicos de crescimento
em suspensão aeróbicos são os processos de filme fixo. Nestes, os
microrganismos não estão suspensos, e sim, presos a uma superfície.
A população microbiana fixa forma
uma camada de limo que absorve os
nutrientes da corrente de rejeitos em
movimento à medida que ela passa
por cima do filme. O processo controlador é a taxa de difusão das
fontes de alimentação e do oxigênio
para dentro da camada de limo.
Certos compostos também podem
ser adsorvidos no filme fixo e são
removidos desta forma.
Os processos de filme fixo
mais comuns envolvem os filtros de
percolação ou reatores empacotados
chamados de biotorres. O meio
usado para a fixação dos microrganismos pode ser rochas, madeira,
areia ou plástico. Ele deve ser permeável à água ou permitir a percolação da água através dos canais
formados entre os elementos individuais do meio.
Nos filtros de percolação, o
efluente líquido é distribuído no
topo do meio e é deixado percolar
até o fundo do filtro (Figura 10). É
necessário que a água mova-se lentamente através do meio, de forma a
fornecer um tempo suficiente para
Ar
Afluente
Lagoa
Aerada
Tanque de
Decantação
Reciclo do Lodo
Efluente
Descarte do Lodo
Figura 9. As lagoas aeradas necessitam de grandes áreas.
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Afluente
Câmara de
Cascalho
Sedimentador
Primário
Cascalho
Lodo
Inerte
Prof. Eduardo Bessa Azevedo
Filtro de
Percolação
Reciclo do Lodo
Tanque de
Decantação
Efluente
Descarte
de Sólidos
Figura 10. Os processos com filtros de percolação são realizados em pequenos vasos ou em grandes áreas abertas.
que ocorra a difusão dos contaminantes para dentro do filme fixo. O
meio deve ser aleatoriamente empacotado para fornecer caminhos
complexos para o fluxo d’água.
Alternativamente, em alguns reatores empacotados, o meio é submerso na água e o reator é projetado
para fornecer um tempo de retenção
hidráulico suficiente para ocorrer a
difusão dos contaminantes.
Em leitos não submersos, o
oxigênio é fornecido pela convecção natural do ar, ao passo que se
deve fornecer aeração para os leitos
submersos. A diferença de temperatura entre o topo e o fundo da
coluna suga o ar através do meio.
Podem acontecer problemas com o
sistema durante o verão, quando a
diferença de temperatura entre o ar
ambiente e a corrente de rejeitos é
mínima.
À medida que os microrganismos se fixam na superfície do meio
e absorvem as fontes de alimento do
efluente líquido, é formada uma
camada de limo. Esta camada alcança uma espessura ótima, além da
qual o crescimento adicional não
pode ser sustentado. Isto se dá porque a taxa de difusão cai bruscamente com a espessura da camada
de limo. Os microrganismos mais
perto da superfície do meio podem
morrer por falta de oxigênio e alimentos, causando o descolamento
da camada de limo. Além disso, a
turbulência da água e fluxos de ar
podem retirar a camada de limo da
superfície do meio.
Portanto, uma unidade de sedimentação de sólidos pode ser
necessária em seguida a um reator
de filme fixo para coletar os sólidos
descolados. Os sólidos não são
normalmente reciclados em um
processo de filme fixo, com exceção dos primeiros estágios da partida, quando a produção da camada
de limo ainda está ocorrendo. O
material descolado não pode ser
novamente fixado ao meio — a
construção da camada de limo tem
que recomeçar do início. Por esta
razão, suplementos ocasionais de
organismos vivos são empregados
para estimular a substituição dos
filmes descolados.
O efluente dos processos de
filme fixado é normalmente reciclado. Isto é feito para melhorar a
eficiência do tratamento e para diluir o efluente líquido na alimentação,
pois a superfície da camada de limo
é muito suscetível a quaisquer toxinas na corrente de rejeitos.
Devido à taxa de difusão dos
compostos através da superfície do
filme ser pequena, os reatores de
filme fixo têm que ser muito grandes, ou aceitar somente pequenas
vazões — tipicamente de 1 a 10
m3 /m2 de área filtrante por dia.
Portanto, eles são freqüentemente
usados como filtros brutos antes de
um processo de tratamento aeróbico
convencional, como o de lodos ativados. O filtro remove uma certa
porção dos contaminantes antes da
segunda etapa biológica, onde o
restante do processo de estabilização ocorre. Eles também são usados antes dos processos de nitrific ação biológicos (que converte amônia a nitrito) para remover uma
certa porção do material orgânico, o
que permite que os microrganismos
nitrificantes proliferem preferencialmente.
Para este uso, filtros menores
com altas vazões podem ser empregados. As exigências de espaço
para o processo de lodos ativados
são também reduzidas e uma etapa
de decantação de sólidos não é necessária, pois os sólidos descolados
serão carreados para dentro do processo de lodos ativados. As principais vantagens dos processos de
filme fixo são o menor consumo de
energia com misturadores e aeradores e a redução na quantidade de
lodo que tem que ser disposto.
Assim como todos os processos biológicos aeróbicos, os processos de filme fixo são relativamente
seguros e fáceis de se operar. Entretanto, quando usados em uma
instalação industrial, deve-se tomar
cuidado para proteger o sistema de
choques de alimentação ou perturbações nas condições do processo.
O desenvolvimento de uma camada
de lodo eficiente pode levar meses.
Portanto, a perda de um limo microbiano estabelecido no filtro pode
causar perturbações nos parâmetros
do efluente durante um longo período de tempo, até que um sistema
estável tenha sido restabelecido.
Degradação anaeróbica
Em geral, os processos de tratamento anaeróbicos são similares
aos processos aeróbicos, com exceção de que a degradação biológica
dos contaminantes ocorre na ausência de oxigênio. Os produtos finais
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da degradação anaeróbica são metano, dióxido de carbono e uma
variedade de compostos de baixa
massa molar.
Os processos anaeróbicos não
produzem tanta biomassa quanto os
processos aeróbicos, pois muito
menos energia é obtida através do
metabolismo anaeróbico. Isto é
freqüentemente considerado como
uma vantagem devido à redução nos
custos de manuseio dos sólidos
biológicos descartados. Entretanto,
devido à menor energia obtida através do metabolismo anaeróbico, a
cinética é muito mais lenta do que a
dos processos aeróbicos, sendo
necessários tempos de degradação
da ordem de meses para alguns
constituintes, comparados com dias
para os processos aeróbicos.
A produção de metano a partir
dos processos anaeróbicos é considerada uma vantagem, pois ele pode
ser capturado e usado como combustível. Freqüentemente, é necessário o aquecimento nos processos
anaeróbicos, especialmente durante
o inverno, de forma que a recuperação do metano pode ajudar a reduzir
os custos operacionais. Ao mesmo
tempo, a produção de metano apresenta problemas de segurança, pois
o acúmulo de metano nos reatores
biológicos pode resultar em explosões desastrosas.
Os microrganismos que realizam o metabolismo anaeróbico
utilizam outros compostos, tais
como: sulfatos, dióxido de carbono,
nitrato e certos compostos orgânicos, como oxidantes ao invés do
oxigênio.
Estes microrganismos
evoluíram de um gênero completamente diferente daquele dos microrganismos aeróbicos. (Eles também diferem dos microrganismos
facultativos, que podem usar diferentes fontes oxidantes dependendo
se o oxigênio está presente ou não.)
Não apenas os microrganismos
anaeróbicos não necessitam de oxigênio, mas eles também não sobrevivem em ambientes onde o oxigênio está presente, mesmo em pe-
quenas concentrações. Sendo assim, os reatores anaeróbicos devem
ser especificamente projetados para
prevenir a infiltração do oxigênio.
O oxigênio que está normalmente
presente nos efluentes líquidos tem
que ser reduzido pela degradação
aeróbica antes que os processos
anaeróbicos possam começar.
A degradação anaeróbica está
ganhando popularidade devido à
natureza recalcitrante de certos contaminantes orgânicos sintéticos
presentes nas correntes de rejeitos
industriais. Em muitos casos, compostos clorados não podem ser degradados por microrganismos aeróbicos até que o cloro tenha sido
retirado da molécula, pois estes
organismos não possuem a enzima
apropriada para quebrar a ligação
do cloro. É necessário o tratamento
anaeróbico para a remoção do cloro,
seguido do tratamento aeróbico para
degradar completamente o composto.
Os processos de tratamento
anaeróbicos podem ser realizados
em configurações de reatores similares às dos processos aeróbicos,
desde que os reatores sejam hermeticamente selados e seja providenciada a recuperação do metano. Recentemente, reatores com o formato
de domos ou de ovo têm sido construídos. Estes reatores são eficie ntes na manutenção das condições
térmicas corretas para a otimização
do crescimento.
A temperatura de entrada do
efluente líquido é crítica para os
microrganismos anaeróbicos e deve
ser mantida na faixa de 30–40°C
para os organismos mesófilos e de
50–75°C para os organismos termófilos. (As bactérias são classific adas baseadas na faixa de temperatura na qual elas funcionam melhor.)
Mudanças de mais de 2°C por dia
irão perturbar a população microbiana.
O pH do efluente líquido e do
licor também é crítico. O pH ótimo
para as bactérias produtoras de metano (metanogênicas) é 7,0. A pro-
Prof. Eduardo Bessa Azevedo
dução de ácidos orgânicos durante o
metabolismo pode resultar em quedas no pH que irão paralisar a atividade biológica. Portanto, a alcalinidade, ou capacidade de tamponamento, do efluente líquido é também uma consideração importante.
Os microrganismos anaeróbicos são também muito suscetíveis a
toxinas (mesmo em pequenas concentrações), a mudanças na composição do efluente líquido na entrada
e ao acúmulo de subprodutos de
degradação no licor. Além disso, a
qualidade do gás metano produzido
pela degradação anaeróbica irá depender o tipo de substrato que está
sendo degradado. As condições de
reação devem ser monitoradas de
perto para se manter a eficiência do
tratamento.
SELECIONANDO OS PROCESSOS DE TRATAMENTO
APROPRIADOS
Uma vez possuindo-se um
conhecimento técnico básico dos
vários processos empregados no
tratamento dos efluentes líquidos
industriais, pode-se selecionar o
processo (ou processo) que são mais
adequados às necessidades.
O primeiro passo na seleção do
processo de tratamento apropriado é
caracterizar o efluente líquido usando os parâmetros indicadores discutidos anteriormente (Tabela 2). A
escolha dos parâmetros pode ser
feita respondendo-se às perguntas
da Tabela 7.
Após a caracterização do efluente líquido, o fluxograma encontrado na Figura 11 pode ser usado
para determinar a primeira rodada
de processos que devem ser considerados.
A partir deste ponto, deve-se
realizar uma avaliação detalhada
levando-se em consideração fatores
técnicos, econômicos, legais, de
segurança e de operação. Esta avaliação irá identificar um grupo menor de processos com uma alta probabilidade de sucesso para a corrente de reje itos de interesse.
32
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Tabela 7. Lista de verificação das características de um efluente líquido.
Perguntas
Análises Necessárias
1a. O processo de fabricação envolve matérias-primas, subprodutos ou produtos finais Metais totais
inorgânicos?
Alcalinidade
DQO
Sólidos dissolvidos totais.
Outros contaminantes específicos
1b. O processo de fabricação envolve matérias-primas, subprodutos ou produtos finais COT
orgânicos?
DBO (DQO opcional)
Óleos e graxas e HTP
Outros contaminantes específicos
2. O processo gera correntes de rejeitos que são ácidas ou cáusticas?
pH
Capacidade de tamponamento
3. O processo gera correntes de rejeitos com alta temperatura?
Temperatura
4. A corrente de rejeitos carreia sólidos?
Sólidos totais
Sólidos em suspensão totais
Sólidos dissolvidos totais
Turbidez
5. A corrente de rejeitos contém compostos nitrogenados?
NH3
NO3–
Nitrogênio Kjeldahl total
6. A corrente de rejeitos contém compostos cianetados?
Cianetos totais
Cianetos reativos
7. A corrente de rejeitos contém compostos sulfurados?
Sulfetos
Sulfatos
Sulfitos
8. A corrente de rejeitos contém compostos fosforados?
Fosfatos
9. A corrente de rejeitos contém surfactantes ou espuma excessivamente?
Surfactantes
10. A corrente de rejeitos contém compostos tóxicos?
Orgânicos tóxicos totais
Metais tóxicos
Após a redução da lista até
estas tecnologias, devem ser realizados estudos de adequação e tratabilidade em escala laboratorial e,
algumas vezes, em escala piloto.
Tais estudos:
• confirmam a adequação do
processo em particular para uma
determinada corrente de rejeitos;
• desenvolve e coleta os dados
necessários à determinação das
eficiências de tratamento que podem ser esperadas; e
• fornecem as informações de
engenharia e de custos necessárias à
aplicação da tecnologia em escala
real.
Além disso, a informação gerada durante a avaliação e o processo de teste, é útil na educação de
operadores, técnicos, pessoal do
meio ambiente e gerentes. Isto
pode ajudar a assegurar um sucesso
contínuo e de longo prazo do sistema de tratamento do efluente líquido.
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Carroll, J.J., “Use Henry’s Law for Multicomponent Mixtures”, Chem. Eng. Progress, 88(8), pp. 53–58 (Aug.
1992).
Belhateche, D.H., “Choose Appropriate
Appropriate Wastewater
Wastewater Treatment
Treatment Technologies”, Chem. Eng. Progress, 91(8),
pp. 32–51 (Aug. 1995).
33
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Natureza do Efluente
Inorgânico
É necessário um Sim
pré-tratamento para
neutralizá-lo?
O efluente é
passivel de ser
biodegradado?
Pré-tratamento
Não
O efluente contém
contaminantes que Sim
podem ser
arrastados?
(ex.: Amônia)
Tratamento do
Gás de Saída
Arraste com Ar
ou Vapor
Não
O efluente contém
contaminantes que Sim
podem ser
precipitados?
Coagulação,
Floculação e
Sedimentação
Não
O efluente tem que
ser destruído.
Sim
Filtração ou
Adsorção em
Carvão Ativado
Não
Separação
Água/Óleo
O efluente contém
contaminantes que Sim
podem ser filtrados
ou adsorvidos?
Regeneração do
Filtro ou do Meio
Adsorvente
Evaporação ou
Extração
Sólido ou Fase Concentrada
Incineração ou
Oxidação com
Ar Úmido
Não
Filtro de
Percolação ou
Tratamento
Biológico com
Filme Fixo
Sim
É necessária a
aeração?
Sim
Lodos Ativados
ou Lagoa de
Aeração
Não
É necessária a
recuperação dos
sólidos?
Não
Lagoa de
Estabilização
Arraste com Ar
ou Vapor
Óleo
É necessário um
pré-tratamento para Sim
remover óleos e
graxas?
Dispõe-se de um
terreno com uma
grande área?
Disposição dos
Sólidos
Não
O efluente pode ser
recuperado ou ter o Sim
seu volume
diminuído?
O efluente contém Sim
contaminantes que
podem ser
arrastados?
Não
Não
Não
O efluente contém
contaminantes que Sim
podem ser filtrados
ou adsorvidos?
Tratamento do
Gás de Saída
Orgânico
Sim
Tratamento
Anaeróbio
Filtração ou
Adsorção em
Carvão Ativado
Regeneração do
Filtro ou do Meio
Adsorvente
Não
O efluente contém
contaminantes que
Sim
podem ser
quimicamente
oxidados ou
reduzidos?
Oxidação/
Redução
Química
Não
O efluente pode ser
recuperado ou ter o Sim
seu volume
diminuído?
Não
O efluente tem que
ser destruído.
Evaporação ou
Extração
Fase Concentrada/
Solvente Usado
Incineração ou
Oxidação com
Ar Úmido
Figura 11. Use este fluxograma para selecionar as tecnologias apropriadas para o tratamento de efluentes líquidos industriais.
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Ar, Clima e Condições Meteorológicas
As condições meteorológicas são uma descrição das condições físicas da atmosfera (umidade, temperatura,
pressão e ventos), todas estas tendo um papel vital na modelagem dos ecossistemas. O dinamismo da atmosfera é
mantido por um fluxo incessante de energia solar. Os ventos gerados por gradientes de pressão empurram grandes
massas de ar com diferentes temperaturas e teores de umidade por todo o globo. As condições atmosféricas diárias
são criadas pelo movimento destas massas de ar.
O clima é uma descrição de conjuntos de condições atmosféricas de longo prazo em uma área em particular.
Os climas freqüentemente sofrem mudanças cíclicas ao longo de décadas, séculos ou milênios. Determinar onde
nós estamos dentro destes ciclos e o quê possa vir a acontecer no futuro é um processo importante mas difícil. Como as atividades humanas alteram as propriedades da atmosfera, se torna ainda mais difícil e mais importante o
entendimento de como a atmosfera trabalha e quais serão as condições atmosféricas e o clima no futuro.
As condições atmosféricas e o clima são importantes não apenas porque eles afetam as atividades humanas,
mas também porque eles são os determinantes principais dos biomas e da distribuição dos ecossistemas. O clima
de grandes áreas, de uma maneira geral, é freqüentemente menos importante para a vida de um determinado organismo do que o microclima da atmosfera e do solo no habitat específico. As fronteiras geográficas que separam as
comunidades e os ecossistemas são estabelecidas principalmente pelas fronteiras climáticas criadas pela temperatura, umidade e padrões de distribuição dos ventos. O movimento e os efeitos dos poluentes também são fortemente
ligados às condições atmosféricas e climáticas.
Composição e Estrutura da Atmosfera
Vivemos virtualmente no fundo de um oceano de ar. Estendendo-se por cerca de 1.600 km de altitude, este
vasto e inquieto envelope de gases é muito mais turbulento e móvel do que os oceanos de água. Suas correntes e
redemoinhos são os ventos.
Composição Passada e Atual
A composição da atmosfera tem mudado drasticamente desde a sua formação quando a Terra esfriou e condensou a partir dos gases solares. Muitos geoquímicos acreditam que a atmosfera terrestre primitiva era composta
principalmente de hidrogênio e hélio, sendo centenas de vezes mais densa do que é hoje. Ao longo de bilhões de
anos, a maior parte do hidrogênio e do hélio se difundiu para o espaço. Ao mesmo tempo, emissões vulcânicas
adicionaram à atmosfera carbono, nitrogênio, oxigênio, enxofre e outros elementos.
A atual composição da atmosfera terComposição atual da atmosfera inferior*
restre é única no nosso sistema solar. Este é o
único lugar que conhecemos que possui oxiSímbolo ou
Porcentagem
Gás
gênio e vapor d’água livres na atmosfera.
Fórmula
em volume
Acreditamos que virtualmente todo o oxigênio
molecular no ar é produzido pela fotossíntese
Nitrogênio
N2
78,08
das bactérias cianofíceas, algas e plantas verOxigênio
O2
20,94
des. Se esse oxigênio não estivesse presente,
Argônio
Ar
0,934
os seres heterótrofos (como nós) que oxidam
Dióxido de carbono
CO2
0,033
compostos orgânicos com fonte de energia
Neônio
Ne
0,00182
não poderiam existir. Como já vimos, produHélio
He
0,00052
tores e consumidores mantêm o equilíbrio
Metano
CH4
0,00015
entre os níveis de dióxido de carbono e de
Criptônio
Kr
0,00011
oxigênio na atmosfera. A hipótese Gaia, priHidrogênio
H2
0,00005
meiramente proposta pelo químico britânico
Óxido nitroso
N2 O
0,00005
James Lovelock, sugere que o equilíbrio ente
Xenônio
Xe
0,000009
o dióxido de carbono e o oxigênio atmosféri*Composição média do ar seco e limpo.
cos mantido pelos organismos vivos, é respon35
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sável não somente pela criação de uma composição química atmosférica única, mas também por outras características ambientais que tornaram a vida possível. Discutiremos mais adiante como os níveis de dióxido de carbono
regulam as temperaturas. Os organismos — especialmente os humanos — continuam a modificar a atmosfera, mas
a uma taxa dramaticamente acelerada, e de formas que podem ser desastrosas para outras formas de vida.
A Tabela anterior apresenta os principais componentes do ar seco e limpo. As concentrações de vapor
d’água variam de perto de zero a 4%, dependendo da temperatura do ar e da umidade disponível. Pequenas mas
importantes concentrações de diminutas partículas e gotículas de materiais — coletivamente chamadas de aerossóis — também se encontram suspensas no ar. A produção de aerossóis pelas atividades humanas e os seus efeitos
sobre a saúde humana e os ecossistemas naturais serão discutidos mais adiante.
Um Envelope em Camadas
A atmosfera é dividida em quatro camadas
ou zonas distintas de temperatura, devido à
absorção diferencial da energia solar.
O
conhecimento de como estas camadas diferem
umas das outras e o quê as cria, ajuda-nos a
entender as funções atmosféricas.
A camada de ar imediatamente adjacente à
superfície da Terra é chamada de troposfera. Sua
espessura varia de 16 km acima da Linha do
Equador a 8 km acima dos pólos, aproximadamente, sendo esta a zona onde a maioria dos eventos
meteorológica ocorre. Devido à força da gravidade e à compressibilidade dos gases, a troposfera
contém cerca de 75% da massa total da atmosfera.
A composição da troposfera é relativamente
uniforme ao longo de todo o planeta devido a esta
zona ser fortemente misturada pelos ventos. A
temperatura do ar cai rapidamente com o aumento
da altitude nesta camada, alcançando cerca de –
60°C no topo da troposfera. Uma súbita reversão
deste gradiente de temperatura cria uma fronteira
abrupta, a tropopausa, que limita a mistura entre a
troposfera e as zonas superiores.
A estratosfera se estende a partir da
tropopausa até cerca de 50 km. A temperatura
nesta zona é estável ou até mesmo aumenta nas
altitudes maiores. Embora mais diluída do que a
troposfera, a estratosfera tem uma composição
bastante similar, com exceção de dois importantes componentes: água e ozônio (O3 ). A porcentagem em volume
do vapor d’água é aproximadamente mil vezes menor e a do ozônio cerca de mil vezes maior do que a encontrada
na troposfera. O ozônio é produzido pelos relâmpagos e pela irradiação solar das moléculas de oxigênio, e não
estaria presente se os organismos fotossintéticos não estivessem liberando oxigênio. O ozônio protege a vida na
superfície terrestre pela absorção da maior parte da radiação solar ultravioleta que penetra na atmosfera.
Diminuições na concentração do ozônio estratosférico acima da Antártida recentemente descobertas (e em
um menor nível em todo o planeta), são preocupações sérias. Se essas tendências forem mantidas, poderemos vir a
estar expostos a crescentes quantidades dos perigosos raios ultravioletas, resultando no aumento das taxas de câncer
de pele, mutações genéticas, perdas de colheitas e o rompimento de importantes comunidades biológicas. Ao contrário da troposfera, a estratosfera é relativamente calma. Há tão pouca mistura na estratosfera que cinzas vulcânicas ou contaminantes derivados das atividades humanas podem permanecer em suspensão por muitos anos.
Acima da estratosfera, a temperatura diminui novamente, criando a mesosfera ou camada intermediária. A temperatura mínima nesta região é de cerca de – 80°C. A uma altitude de 80 km, ocorre outra mudança abrupta de temperatura. Este é o começo da termosfera, uma região de gases altamente ionizados, estendo-se por cerca de 1.600 km. As
temperaturas são muito altas na termosfera devido às moléculas que estão sendo cons tantemente bombardeadas pelas
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radiações solares e cósmicas que são altamente energéticas. Entretanto, existem tão poucas moléculas por unidade de
área, que se estivéssemos cruzando esta camada em uma nave espacial, não notaríamos o aumento de temperatura.
A parte inferior da termosfera é chamada de ionosfera. É onde a aurora boreal aparece quando chuvas de energia
cósmica ou solar fazem com que os gases ionizados emitam luz visível. Não existe uma fronteira definida que marque o
término da atmosfera. A pressão e a densidade diminuem gradualmente à medida que se viaja da superfície terrestre
para o espaço, até que se tornem indistinguíveis do quase-vácuo do espaço interestelar. A composição da termosfera
também se funde gradualmente com a do espaço interestelar, sendo esta feita principalmente de hélio e hidrogênio.
Clima
As interações dos sistemas atmosféricos são tão complexas que as condições climáticas nunca são exatamente as mesmas em uma dada localidade de um momento para o outro. Embora seja possível discernir padrões ou
condições médias ao longo de uma estação, ano, década ou século, flutuações complexas e ciclos dentro de ciclos
tornam as generalizações difíceis e as previsões perigosas. Nunca temos certeza se as anomalias nos padrões
climáticos de uma região representam variações normais, uma única anormalidade ou o início da mudança para um
novo regime.
Variações na temperatura global ao longo de quatro
períodos: (a) os últimos 900.000 anos, (b) os últimos 10.000 anos, (c) os últimos 1.000 anos e (d)os
50 anos mais recentes. As linhas tracejadas em a,
b e c representam as condições no início do século
XX. As temperaturas foram consideravelmente mais
quentes do que hoje durante o período de aquecimento medieval mas, para a maior parte dos últimos
um milhão de anos, as temperaturas foram bem
mais frias do que hoje. Cada unidade no eixo
vertical representa uma mudança de 1°C. Note que
o aumento nas concentrações de CO2 (linha tracejada em d) parece estar relacionado às tendência da
temperatura nos últimos 40 anos.
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Catástrofes Climáticas
Grandes catástrofes climáticas, tais como a da Idade do Gelo, tiveram efeitos drásticos nos grupos bióticos.
Quando a mudança climática é gradual, as espécies têm tempo para se adaptar ou migrar para locais mais adequados. Quando a mudança climática é relativamente abrupta, muitos organismos são incapazes de responder antes
que as condições excedam os seus limites de tolerância. Comunidades inteiras podem ser destruídas e, se a mudança climática for geral, muitas espécies podem ser extintas.
Talvez o exemplo mais bem estudado deste fenômeno seja a grande mortandade que ocorreu à cerca de 65 milhões de anos no final do período Cretáceo. A maioria dos dinossauros — juntamente com 75% de todas as espécies de
plantas e animais existentes — foram extintos, aparentemente como resultado do resfriamento repentino do clima terrestre. As evidências geológicas sugerem que esta catástrofe não foi um evento isolado. Parece ter havido várias mudanças
climáticas importantes, talvez umas doze, nas quais grandes números de espécies foram exterminadas.
Mudanças Climáticas Globais Causadas pelo Homem
Estamos alterando a atmosfera de uma forma que poderia causar mudanças climáticas globais e desastrosas?
As crescentes concentrações de gases absorventes de radiação infravermelha que são liberados na atmosfera pelas
atividades humanas irão aprisionar o calor e aumentar a temperatura global? O aumento da temperatura na segunda
metade do século XX esteve em estreita correlação com as concentrações dos gases do efeito estufa. Alguns climatologistas descrevem um futuro sombrio no qual o calor no verão será insuportável, as fazendas serão transformadas em desertos, a fome irá varrer o planeta, o derretimento das capas de gelo polares irá aumentar o nível dos mares e inundar as regiões costeiras e milhares ou mesmo milhões de espécies irão morrer por não conseguirem migrar ou se adaptar às mudanças climáticas repentinas.
Gases do Efeito Estufa
Cerca da metade deste aquecimento predito será devido ao dióxido de carbono (CO2 ) liberado na queima dos
combustíveis fósseis, na fabricação de cimento e na derrubada e na queimada de florestas. Juntas, estas atividades
liberam cerca de 8,5 bilhões de toneladas de CO2 anualmente, fazendo com que os níveis atmosféricos aumentem
0,4% aproximadamente a cada ano. Dois séculos atrás, no início da Revolução Industrial, a atmosfera continha
cerca de 280 ppm de CO2 ; hoje em dia, ela contém 355 ppm.
Se as tendências atuais persistirem, as concentraProcessos
industriais
ções de CO2 pré-industriais terão dobrado por volta do
24%
ano 2075. Os modelos computacionais predizem que
dobrando-se o CO2 atmosférico, seriam causados aumentos na temperatura global de 1,5 a 4,5°C. Isto pode
Queima de
não parecer uma grande mudança, mas a diferença combustíveis
Desmatamento
14%
entre a temperatura atual e a da última idade do gelo à
fósseis
Agricultura
cerca de 10.000 anos atrás, quando a maior parte da
49%
13%
América do Norte foi coberta pelas geleiras, é de
apenas 5°C, aproximadamente.
O dióxido de carbono não é o único gás que pode
Clorofluorcarbonos
causar o aquecimento do clima. Metano, clorofluorcarbonos
20%
(CFCs), óxido nitroso e outros gases a níveis de traços
também absorvem a radiação infravermelha e aquecem a
atmosfera. Embora mais raros do que o CO2 , alguns destes
Metano
Dióxido de
gases aprisionam o calor muito mais efetivamente. A
16%
carbono
50%
molécula do metano, por exemplo, absorve de vinte a trinta
Ozônio
vezes mais do que a do CO2 , enquanto os CFCs absorvem
8%
aproximadamente 20.000 vezes mais.
Óxido nitroso
O metano é produzido pelas bactérias intestinais dos
6%
animais ruminantes, plantações de arroz, vazamentos de
tubulações, decomposição de resíduos em aterros e liberações em minas de carvão. O metano atmosférico está
aumentando 1% por ano, aproximadamente. Os clorofluorcarbonos, usados como propelentes de sprays, agentes
desengraxantes e refrigerantes, têm se acumulado a 5% por ano. O óxido nitroso (N2 O), produzido na queima de
material orgânico e na desnitrificação do solo, tem aumentado 0,2% anualmente.
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Juntos, estes gases menores do efeito
estufa teriam efeitos de aquecimento
comparáveis à dobra das concentrações de
CO2 . Isto significa que um aumento de
temperatura de 1,5 a 4,5°C poderia ocorrer
dentro de quarenta anos, ao invés de oitenta
anos (se os modelos forem precisos). A maior
parte dos gases do efeito estufa são produzidos
pelos países desenvolvidos do mundo. Juntos,
os Estados Unidos, a antiga União Soviética, a
Europa e o Japão, são responsáveis por cerca
de dois terços de todo o potencia l aquecimento
global.
Prof. Eduardo Bessa Azevedo
América do Norte
Leste Europeu
Oeste Europeu
China
Restante da Ásia
América Latina
Pacífico
África
0
10
20
30
% de Contribuição
Efeitos do Aquecimento Global
Se o aquecimento pelo efeito estufa ocorrer, ele provavelmente não será igualmente distribuído ao redor do
globo. A evaporação nos oceanos e a cobertura das nuvens adicionais, irão provavelmente manter as áreas costeiras tropicais da maneira que elas são hoje em dia. As maiores mudanças de temperatura são previstas para as
maiores latitudes e no centro dos continentes. A Sibéria e a parte ártica do Canadá podem vir a experimentar
aumentos da ordem de 10 a 12°C. Chicago pode pular de uma média de 15 para 48 dias no ano, com temperaturas
acima de 32°C. Dallas pode vir a ter 162 dias no ano com tais temperaturas, ao invés dos 100 de hoje. Entretanto,
Calcutá, onde a temperatura é normalmente alta, não vai se tornar muito mais quente.
As mudanças nos padrões de precipitação podem ser uma das conseqüências mais sérias do efeito estufa.
Alguns modelos predizem que o centro da América do Norte, da América do Sul e da Ásia, irão se tornar signific ativamente mais secos do que são hoje. Isto pode ter efeitos calamitosos nos suprimentos de alimentos do planeta.
Entretanto, os modelos não concordam neste ponto. Enquanto alguns mostram o cinturão do milho americano mais
seco, outros predizem que ele se tornará mais úmido do que é hoje. A modelagem ainda não é uma ciência exata.
Alguém ganha com estes cenários? Os residentes do norte do Canadá, da Sibéria e da Escandinávia podem
ser beneficiados com temperaturas mais quentes e estações férteis mais longas. Uma maior umidade no oeste da
África e no sul da Ásia também aumentaria a produção das colheitas. Mas os solos em algumas áreas não suportariam a agricultura, não importando o quão agradável fosse o clima. Os rompimentos ecológicos poderiam ser severos. Muitas plantas e animais selvagens seriam forçados a saírem das suas áreas atuais. Dadas as atuais barreiras
às migrações, comunidades naturais poderiam nunca ser restabelecidas.
O aumento do nível dos mares está entre os resultados potenciais mais desastrosos do aquecimento global.
Alguns oceanógrafos calculam que somente a expansão térmica poderia aumentar o nível do mar em um metro ou
mais no próximo século. Se as calotas polares derretessem, os oceanos poderiam ter seus níveis aumentados em
30 m. A maioria das principais cidades do mundo estão nas costas, a apenas alguns metros acima do nível do mar.
As casas e os negócios de aproximadamente metade da população do mundo seriam ameaçados se as calotas polares derretessem. Uma grande quantidade de terras agricultáveis também seria perdida. Alguns países baixos, como
as Ilhas Maldivas no Oceano Índico, poderiam desaparecer por completo.
Uma outra preocupação relacionada ao aquecimento global é o aumento dos fenômenos atmosféricos viole ntos, tais como o Furacão Andrew. A área do oceano com águas superficiais quentes o suficiente (acima de 27°C)
para gerar furacões expandiu-se 20% nos últimos vinte anos.
Muitos cientistas estão convencidos de que mudanças climáticas globais já começaram. Eles apontam para o
fato de que quatro dos cinco anos mais quentes de que se têm notícias ocorreram no final da década de 80 e no início da de 90. Eles prevêem que à medida que os aerossóis liberados pelo Monte Pinatubo forem lavados da atmosfera, as altas temperaturas irão retornar. Outros permanecem céticos, argumentando que as altas temperaturas recentes podem ser apenas uma anomalia aleatória.
Infelizmente, os dados são equívocos. Alguns estudos mostram aumentos de temperatura; outros mostram
que as temperaturas estão estáveis ou até mesmo diminuindo ligeiramente. Freqüentemente, bases de dados e métodos analíticos diferentes são usados nos estudos sobre o clima. Outras dificuldades incluem termômetros imprecisos, urbanização (estações de amostragem que um dia estiverem no campo hoje se encontram em cidades que, é
sabido, retêm o calor) e locais de amostragem não representativos.
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Efeitos previstos da mudança climática global: (topo) mudança nas temperaturas em janeiro e (abaixo) mudança
na umidade do solo em julho. Espera-se que o resfriamento mais extremo ocorra nas maiores latitudes durante o
inverno. As regiões centrais dos continentes ficarão provavelmente mais secas — causando possíveis efeitos
severos na agricultura.
Além disso, os atuais modelos climáticos não representam adequadamente os efeitos do vapor d’água, nuvens, correntes de ar, circulação dos oceanos, aerossóis de sulfatos, decréscimo da radiação solar, processos oceânicos biogeoquímicos ou o possível estímulo ao crescimento das plantas verdes e do plâncton oceânico pelo
aumento da concentração do CO2 . Se as considerações dos modelos são alteradas ligeiramente, as predições
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mento da concentração do CO2 . Se as considerações dos modelos são alteradas ligeiramente, as predições mudam
de tendências positivas (aquecimento) para negativas (resfriamento). Se alguns destes fatores forem introduzidos
nos modelos, eles irão mostrar uma outra era glacial, ao invés do efeito estufa.
Alguns cientistas afirmam que o aumento nos níveis de CO2 poderia ser benéfico, pois o aumento da concentração de CO2 estimula o crescimento de muitas plantas, podendo resultar numa utilização da água mais efic iente.
Áreas hoje muito secas para a agricultura poderiam se tornar produtivas e o rendimento das colheitas poderia aumentar ao invés de diminuir. Parece haver evidência de um aumento do consumo de CO2 . No início da década de
90, o aumento atmosférico era de aproximadamente 2 bilhões de toneladas por ano a menos do que as emissões.
Alguns cientistas acreditam que o CO2 “perdido” está sendo consumido por um aumento da fotossíntese nas florestas boreais. Outros afirmam que o crescimento do fitoplâncton (organismos fotossintéticos unicelulares) no oceano
poderia estar absorvendo a maioria do CO2 adicional. Se for verdadeiro, isto poder ajudar a equilibrar as temperaturas globais e também aumentar a quantidade de alimentos marinhos disponíveis para o consumo humano.
Cortando Emissões ou Aumentando a Absorção
O quê devemos fazer acerca dos gases do efeito estufa em face de tal incerteza? Devemos tomar medidas
para reduzi-los ou esperar para ver se os seus efeitos são tão negativos como alguns modelos sugerem? Infelizmente, quando tivermos a evidência de que um desastre está acontecendo, pode ser muito tarde para se tomar alguma
providência. Por outro lado, pode ser um desperdício gastar centenas de bilhões de dólares e perturbar a vida de
pessoas para reduzir estes gases se os riscos são pequenos.
Entretanto, existem ações para a redução dos gases do efeito estufa que podem ser úteis mesmo se a mudança
climática for menos danosa do que imaginamos. O climatologista Steven Schneider chama a isto da política de
“sem arrependimentos”. Por exemplo, os países industrializados concordaram em interromper o uso dos clorofluorcarbonos devido ao dano que causam ao ozônio estratosférico além de absorverem calor. Poderíamos cortar as
emissões de CO2 e economizar dinheiro pelo aumento da eficiência energéticos nos nossos lares, automóveis, fábricas e escritórios.
O Canadá e alguns países europeus assumiram o compromisso com eles mesmos de diminuir as emissões de
CO2 de 20 a 25% e acreditam que farão isto sem nenhum sacrifício. Entretanto, uma redução de 50% das emissões
(o suficiente para reverter as atuais tendências) seria muito mais difícil. Isto poderia requerer mudanças significativas nos nossos estilos de vida para se alcançar este nível. Os países em desenvolvimento são contra limites e regulamentações que possam vir a restringir a sua habilidade de aumentar os padrões de vida. A indústria da energia
nuclear afirma que os reatores são uma alternativa par os combustíveis fósseis e não produzem CO2 . Algumas pessoas sugerem espalhar fertilizantes no oceano para estimular o crescimento do fitoplâncton. Não sabemos quais
complicações ecológicas poderiam advir de tais ações. Talvez seja mais sábio esperar até que saibamos mais antes
de adotarmos algumas destas soluções arriscadas.
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Poluição Atmosférica
Poluição do Ar
O ar é um recurso natural indispensável ao homem, aos animais e à vegetação, sendo, portanto, essencial à
manutenção da vida na Terra. O mesmo ainda é usado na comunicação, no transporte, na combustão, em processos
industriais e como diluente de resíduos gasosos.
A utilização, cada vez mais intensa, desse recurso, tem resultado, muitas vezes, em alterações na sua composição, com impactos sobre o homem, animais, vegetais e materiais.
São muitos os episódios relatados de doenças e mortes ocasionadas, em vários locais do mundo, como conseqüência da presença no ar, de substâncias nocivas, resultantes, principalmente, da atividade antrópica.
O homem não consegue viver sem ar, sendo obrigado a utilizar-se desse recurso natural nas condições em que
o mesmo se encontra em seu ambiente de vida. Diferentemente da água, o homem não pode, com raríssimas exceções, tratar o ar, para obtê-lo com as características adequadas à sua utilização. Assim, os usos do ar devem ser feitos
de modo a não provocar mudanças em sua composição, que resultem em prejuízos à saúde e ao bem estar do homem.
A poluição do ar pode ser entendida como a presença, na atmosfera, de substâncias que: causem prejuízos
ao homem, aos animais, aos vegetais e à vida microbiológica; provoquem danos aos materiais; interfiram no gozo
da vida e no uso da propriedade.
Essas substâncias que alteram de forma nociva a composição do ar são denominadas de poluentes atmosféricos.
Principais Poluentes Atmosféricos
Os poluentes atmosféricos são classificados em dois tipos: primários e secundários.
Os poluentes primários são aqueles emitidos diretamente das fontes para a atmosfera, sendo os principais:
— Material particulado (fumos, poeiras, névoas)
— Monóxido de carbono (CO)
— Dióxido de carbono (CO2 )
— Óxidos de nitrogênio (NO e NO2 )
— Compostos de enxofre (SO 2 , H2 S)
— Hidrocarbonetos
— Clorofluorcarbonos
Os poluentes secundários são os formados na atmosfera, através de reações químicas, a partir de poluentes
primários. Entre esses, destacam-se os oxidantes fotoquímicos, resultantes da reação entre os hidrocarbonetos e os
óxidos de nitrogênio, na presença de luz solar.
O ozônio (O3 ) é o oxidante fotoquímico que provoca mais danos ao ambiente. Outros oxidantes fotoquímicos são o peroxiacetilnitrato (PAN), o peróxido de hidrogênio (H2 O2 ) e os aldeídos.
A Tabela abaixo indica as concentrações típicas de alguns poluentes, no ar limpo e poluído, bem como o
tempo de permanência dos mesmos na atmosfera.
Tempo de Permanência na Atmosfera e
Concentrações Típicas de Poluentes no Ar
Poluente
SO2
H2 S
CO
NO/NO2
Hidrocarbonetos
CO2
O3
Tempo de Permanência
na Atmosfera
4 dias
< 1 dia
< 3 anos
5 dias
?
2–4 anos
—
Concentração Típica (ppm)
Ar Limpo
Ar Poluído
0,0002
0,0002
0,1
< 0,002
< 0,001
340
0,03
0,2
—
40–70
0,2
—
400
0,5
42
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Com o incremento e a diversificação das atividades industriais, muitas outras substâncias químicas são
lançadas à atmosfera, podendo constituir-se poluentes, quando alcançam concentrações nocivas ao ambiente.
Fontes de Poluição do Ar
A poluição do ar pode originar-se de fontes naturais e antrópicas.
Como fontes naturais, são citadas:
— vulcões
— florestas (queimadas)
— decomposição anaeróbia de matéria orgânica
— desnitrificação por bactérias
Como exemplos de poluentes atmosféricos resultantes de fontes naturais, enumeram-se: emissão de SO 2 ,
pelas erupções vulcânicas; produção de NOx, a partir do solo e da água, como resultado da desnitrificação do nitrato, por bactérias; geração de H2 S e CH4 , nos processos de decomposição microbiológica anaeróbia; produção de
SO2 , NOx e CO2 , pela queima da vegetação.
As principais fontes antrópicas de poluição do ar, ou seja, resultantes das atividades humanas, são:
— indústrias
— meios de transporte
— destruição e queima de vegetação
— queima de combustíveis
— queima do lixo
— aplicação de agrotóxicos
— fermentação de resíduos (dejetos, lixo etc.)
— uso de “sprays”, refrigeração, fabricação de espumas plásticas, solventes
— compostos radioativos
As fontes de poluição do ar podem ser estacionárias ou móveis, sendo estas últimas constituídas, principalmente, pelos veículos, aviões, motocicletas, barcos, locomotivas etc.
Os processos industriais são responsáveis pela emissão de material particulado e de vários gases poluentes,
tais como: os óxidos de enxofre (SO 2 ), os óxidos de nitrogênio (NO e NO2 ), gás sulfídrico (H2 S), hidrocarbonetos,
ácido clorídrico (HCl) e outros.
As fontes móveis de poluição contribuem com o lançamento de material particulado, monóxido de carbono
(CO), óxidos de nitrogênio (NOx), óxido de enxofre (SO 2 ), hidrocarbonetos e aldeídos.
A combustão do carvão, do petróleo e da biomassa resulta na produção de material particulado, monóxido
de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2 ), óxido de enxofre (SO 2 ) e óxidos de nitrogênio (NOx).
A queima do lixo provoca o lançamento, na atmosfera, de material particulado, óxido de enxofre (SO 2 ),
óxidos de nitrogênio (NOx) e ácido clorídrico (HCl).
A decomposição anaeróbia de matéria orgânica, presente no esgoto, no lixo e em dejetos de animais, tem
como subprodutos o gás sulfídrico (H2 S) e o metano (CH4 ), entre outros.
Conseqüências da Poluição do Ar
Nem sempre é fácil estabelecer uma rela ção direta entre um determinado poluente e os efeitos que o mesmo
provoca no ambiente. A dispersão do poluente no ar, a distância que alcança, sua concentração e o tempo de exposição ao mesmo, são alguns fatores que influem nos impactos que pode causar.
A incidência de doenças respiratórias, por exemplo, pode ser associada a certos poluentes atmosféricos, mas
também resultar de outras causas. No entanto, há informações confirmadas de que em regiões onde se constata a
poluição do ar ocorrem, com maior intensidade, esses tipos de doenças.
A redução da visibilidade é um exemplo de um efeito evidente da poluição do ar.
A poluição atmosférica pode resultar em impactos de alcances locais, regionais e globais.
Os impactos locais são aqueles verificados nas áreas próximas às fontes de poluição, compreendendo:
• danos à saúde humana: desconforto; odor desagradável; doenças do aparelho respiratório — bronquite, enfisema, asma, câncer; asfixia; irritação dos olhos, garganta e mucosas; outros distúrbios.
• danos à vegetação: redução da fotossíntese; ataque à folhagem; alterações no crescimento e produção de frutos.
• danos aos animais: diretamente, a partir dos poluentes atmosféricos, ou pela ingestão de vegetais contaminados.
• redução da visibilidade, podendo ocasionar acidentes.
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• danos aos materiais: sujeira; desgaste; corrosão; deterioração da borracha e produtos sintéticos; enfraquecimento; alterações da aparência de prédios e monumentos.
• desfiguração da paisagem.
• alterações das características climáticas: maior precipitação; redução da radiação e da iluminação; aumento da temperatura.
Os impactos regionais ou continentais são aqueles observados a distâncias maiores das fontes, como acontece com as chuvas ácidas, resultantes da presença, na atmosfera, do dióxido de enxofre, dos óxidos de nitrogênio,
do ácido clorídrico e do ácido fluorídrico.
Os gases emitidos em determinados locais podem ser transportados para grandes distâncias, ultrapassando
limites estaduais ou internacionais. Assim, emissões ocorridas em um país ou região podem degradar ecossistemas
e recursos de valor econômico de outras jurisdições. Na Europa, por exemplo, a Escandinávia tem, com razão,
reclamado da emissão de SO 2 e NOx, na Inglaterra e na Alemanha. Na América do Norte, tem-se estimado que
90% da deposição úmida e 43% da deposição seca do nitrogênio, e 63% da deposição úmida e 20% da deposição
seca do enxofre, no leste do Canadá, têm origem nos Estados Unidos.
Já os impactos globais são os que podem afetar o planeta como um todo, citando-se:
• efeito estufa, devido à presença de CO 2 , CH4 , clorofluorcarbonos e outros gases, na atmosfera.
• destruição da camada de ozônio, como conseqüência dos lançamentos de clorofluorcarbonos.
Além das conseqüências da poluição do ar apresentadas anteriormente, podem ser enumeradas as resultantes de grandes fontes naturais, como as erupções vulcânicas e as queimas de florestas, ou dos lançamentos de poluentes radioativos, as quais podem ter alcance regional ou mesmo global.
Na Tabela da página seguinte, estão relacionados os principais poluentes atmosféricos, com suas origens e
conseqüências.
Clima, Topografia e Processos Atmosféricos
A topografia, o clima e os processos físicos na atmosfera têm um importante papel no transporte, concentração, dispersão e remoção de muitos poluentes atmosféricos. A velocidade do vento, a mistura entre camadas de ar,
a precipitação e a química atmosférica, determinam se os poluentes irão permanecer na localidade onde eles foram
produzidos ou irão para algum outro lugar.
Inversões
As inversões de temperatura ocorrem quando uma camada estável de ar aquecido sobrepõe-se a
uma de ar frio, revertendo o declínio normal da
temperatura com o aumento da altitude e impedindo
que as correntes de convecção dispersem os
poluentes. Vários mecanismos criam inversões.
Quando uma frente fria desliza por debaixo de uma
massa de ar adjacente mais quente ou quando o ar
frio desce por uma montanha e desloca o ar mais
quente do vale mais abaixo, é estabelecido um
gradiente de temperatura invertido. Entretanto, estas
inversões são normalmente instáveis, pois os ventos
que acompanham estas trocas de ar tendem a
quebrar o gradiente de temperatura bem rapidamente
e misturar as camadas de ar.
As condições de inversão mais estáveis são
normalmente criadas por um resfriamento rápido
durante a noite em um vale ou bacia, locais onde o
movimento do ar é restrito. A cidade de Los Angeles é um exemplo clássico das condições que criam
inversões de temperatura e o “smog” fotoquímico.
A cidade é rodeada por montanhas por três lados e o clima é seco e ensolarado. O uso intenso de automóveis cria
altos níveis de poluição. O céu é normalmente límpido durante a noite, o que permite uma rápi44
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Principais Poluentes Atmosféricos, Suas Origens e Conseqüências
Poluente
Origens
Conseqüências
Monóxido de
Carbono
• Veículos automotores
• Combustão incompleta do
carvão e do petróleo
• Afeta a capacidade de oxigenação
da hemoglobina → asfixia
Óxidos de
Enxofre
• Queima de combustíveis
fósseis
• Queima de carvão
• Processos industriais
•
•
•
•
Óxidos de
Nitrogênio
• Veículos automotores
• Processos industriais
• Queima de combustíveis
fósseis
• Tóxicos ao homem; irritação da
mucosa; carcinogênicos
• Danos às plantas
• Reagem com os hidrocarbonetos
produzindo oxidantes fotoquímicos
• Chuvas ácidas
Hidrocarbonetos
• Veículos automotores
• Processos industriais
• Queima de combustíveis
fósseis
• Carcinogênicos
• Reagem com os óxidos de nitrogênio produzindo oxidantes fotoquímicos
Oxidantes
Fotoquímicos,
principalmente o
Ozônio
• Reação dos óxidos de nitrogênio com os hidrocarbonetos, na presença de luz solar
• Redução da visibilidade
• Sujeira de roupas, prédios,
monumentos (paisagem)
• Deterioração da borracha, de produtos sintéticos etc.
Material
Particulado
• Veículos automotores
• Processos industriais
• Redução da visibilidade
• Sujeira de roupas, prédios,
monumentos (paisagem)
• Carreiam poluentes tóxicos para os
pulmões
Dióxido de
Carbono
• Queima do petróleo e do
carvão
• Queima da biomassa
• Desmatamento
• Efeito estufa
Gás Sulfídrico
• Decomposição anaeróbia
• Indústrias químicas
• Odor desagradável
Clorofluorcarbonos
• Refrigeração
• “Sprays”
• Fabricação de espumas plá sticas
• Solventes usados na limpeza
de circuitos eletrônicos
•
•
•
•
Danos ao aparelho respiratório
Corrosão do ferro, aço, mármore
Empoçamentos
Danos às plantas (amarelecimento e
morte)
• Chuvas ácidas
Destruição da camada de ozônio
Câncer de pele
Catarata
Danos à vegetação
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da perda de calor por irradiação. As camadas de ar superficiais são resfriadas por condução, enquanto as camadas
superiores permanecem relativamente aquecidas. Diferenças na densidade retardam a mistura vertical. Durante a
noite, brisas terrestres, frias e úmidas, deslizam por debaixo do ar contaminado, compactando-o contra a capa de ar
mais quente acima, concentrando os poluentes acumulados durante a noite.
A luz solar matutina é absorvida pelos aerossóis e gases concentrados da camada de inversão. Esta mistura
complexa reage rapidamente dando origem a um coquetel de compostos perigosos. À medida que o solo é aquecido no decorrer do dia, as correntes de convecção quebram o gradiente de temperatura e os poluentes são carreados
novamente para a superfície, onde mais contaminantes são adicionados. O óxido nítrico (NO) gerado pelos motores automotivos é oxidado a dióxido de nitrogênio. À medida que os óxidos de nitrogênio são usados nas reações
com os hidrocarbonetos não queimados, os níveis de ozônio começam a crescer. Pelo início da tarde, uma névoa
castanha e acre está por toda a parte, fazendo com que os olhos lacrimejem e as gargantas queimem. Em um dia
típico de verão, as concentrações de ozônio na bacia de Los Angeles podem alcançar 0,34 ppm ou mais até o final
da tarde e o índice de poluição pode chegar a 300, um estágio considerado como de risco à saúde.
Domos de Poeira e Ilhas de Calor
Mesmo sem montanhas para bloquear os ventos e estabilizar as camadas de ar, muitas grandes cidades criam
um ambiente atmosférico muito diferente do das condições circunvizinhas. Vegetação esparsa e uma grande quantidade de concreto e vidro nas áreas urbanas, permitem que as águas das chuvas escoem muito rapidamente e cria
altas taxas de absorção durante o dia e de radiação à noite. Prédios altos criam correntes verticais convectivas que
varrem os poluentes para o ar. As temperaturas no centro de grandes cidades são freqüentemente de 3 a 5°C mais
altas do que a dos subúrbios adjacentes. Massas estáveis de ar criadas por esta “ilha de calor” sobre a cidade concentram os poluentes em um “domo de poeira”. As áreas rurais a favor do vento que vem de grandes áreas industriais apresentam, freqüentemente, uma significativa redução de visibilidade e um aumento de precipitação (devido
ao aumento de núcleos de condensação na pluma de poeira), se comparadas com áreas vizinhas e com ar limpo.
Transporte de Longo Alcance
Os poluentes atmosféricos podem ser transportados por grandes distâncias pelas correntes aéreas. Em 1971, cientistas do
Instituto de Pesquisas Aquáticas de Nagoya, observaram poeira passando do Japão para a Ásia. Alguns dias depois, a mesma
poeira foi coletado no Havaí, a cerca de 10.000 km e do outro lado do Oceano Pacífico. O teor mineral, a cronologia dos eventos
climáticos e as correntes aéreas calculadas, sugeriram que esta poeira surgiu como uma única onda a partir de uma tempestade no
Deserto de Gobi. Tempestades de poeira similares no Sahara Algeriano têm sido rastreadas até as ilhas do Caribe.
Os poluentes industriais também são transportados a grandes distâncias pelas correntes aéreas. Alguns dos
materiais mais tóxicos e corrosivos transportados são poluentes secundários (tais como os ácidos sulfúrico e nítrico e
o ozônio), produzidos pela mistura e interação de contaminantes atmosféricos à medida que são transportados através
do ar. O rastreamento das fontes desses poluentes quimicamente alterados pode ser difícil. Os lagos e florestas na
Suécia vinham apresentando evidências de contaminação por ácido sulfúrico há vários anos, até que a fonte da acidez
foi rastreada até a Alemanha, Inglaterra e outras partes distantes da Europa.
O controle de poluentes de longo alcance é um processo altamente político. A Alemanha e a Inglaterra não se
mostraram acessíveis quanto à precipitação ácida até que as suas próprias florestas começaram a morrer. Em um outro caso, 90% da poluição que é precipitada no Lago Superior se origina a milhares de quilômetros, nos Estados Unidos, no Canadá e até no México. Entretanto, as fazendas e indústrias nestas distantes regiões resistem em gastar dinheiro para reduzir as emissões e proteger o meio ambiente dos outros.
Equipamentos de monitoramento cada vez mais sensíveis começaram a revelar contaminantes industriais em
lugares geralmente considerados entre os mais limpos do mundo. Samoa, Groenlândia e até mesmo a Antártida e o
Pólo Norte, todos têm concentrações de metais pesados, pesticidas e elementos radioativos. Desde a década de
1950, os pilotos que sobrevoam o Ártico a grandes altitudes têm relatado densas camadas de névoa acastanhada
cobrindo a atmosfera do Ártico. Aerossóis de sulfatos, fuligem, poeira e metais pesados tóxicos tais como vanádio,
manganês e chumbo, foram transportados para o Pólo a partir das partes industrializadas da Europa e da Rússia.
Estes contaminantes, aprisionados pelos ventos que circulam o pólo, são concentradas em altas latitudes e, eventualmente, sendo precipitados juntamente com a neve e o gelo, entram na cadeia alimentar. O povo inuíta da Ilha de
Broughton, bem acima do Círculo Ártico, tem níveis de PCBs no sangue maiores do que qualquer outra população,
com exceção de vítimas de acidentes industriais. Muito distantes de qualquer fonte deste subproduto industrial,
estas pessoas acumulam os PCBs a partir da carne dos peixes, caribus e outros animais que eles comem.
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A poluição de regiões altamente industrializadas na Europa e na América, é transportada por ventos circumpolares
para o Ártico, onde altos níveis de “smog” se acumulam. O tempo de trânsito médio da Rússia para o Canadá é de
apenas três dias.
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Ozônio Estratosférico
Em 1985, o Observatório Atmosférico Britânico da Antártica anunciou uma descoberta perturbadora e ala rmante: os níveis de ozônio na estratosfera acima do Pólo Sul estavam caindo vertiginosamente durante os meses de
setembro e outubro a cada ano, assim que o Sol reaparecia após o fim do longo inverno polar. Esta diminuição do
ozônio estava ocorrendo, no mínimo, desde a década de 60, mas não havia sido notada porque os primeiros pesquisadores haviam programado os seus instrumentos para ignorar as mudanças nos níveis de ozônio, já que se presumia
que isto era falha dos equipamentos.
Estes mapas da concentração estratosférica
do ozônio sobre o Pólo Norte mostram como
o ozônio tem sido destruído desde 1979. As
áreas vermelhas representam concentrações
de ozônio maiores do que 500 unidades Dobson (DU); as concentrações diminuem no
sentido verde, amarelo, azul, lilás até menos
do que 270 DU. A concentração normal de
ozônio nas latitudes temperadas é de 350
DU, aproximadamente.
A cada ano o “buraco” na camada de ozônio cresce. Em 1995, cerca de 70% do ozônio estratosférico antártico
havia sido destruído acima de uma área do tamanho da América do Norte. Ominosamente, este fenômeno está agora
se espalhando também para outras partes do mundo. Cerca de 10% de todo o ozônio estratosférico mundial foi destruído durante o inverno de 1995 e as perdas acima do oeste do Estados Unidos e do Canadá alcançaram os 20%, enquanto na Sibéria elas ultrapassaram os 35%.
Por que estamos preocupados com o ozônio estratosférico? Na superfície do planeta, o ozônio é um poluente
nocivo, estragando as plantas, os materiais de construção e a saúde humana; entretanto, na atmosfera superior, onde
ele absorve a perigosa radiação ultravioleta (UV) vinda do Sol, o ozônio é um recurso insubstituível. Sem este escudo, os organismos na superfície da Terra estariam sujeitos a queimaduras por radiação e a danos genéticos. Uma perda de 1% do ozônio resulta num aumento de 2% da radiação UV que chega à superfície do planeta, podendo resultar
num acréscimo de cerca de um milhão de casos de câncer de pele por ano no mundo todo se nenhuma medida protetora for tomada. Portanto, é urgente que aprendamos o quê está atacando a camada de ozônio e encontremos maneiras
de reverter estas tendências, se possível.
As temperaturas excepcionalmente baixas na Antártida (– 85 a – 90°C) têm um papel importante nas perdas de
ozônio. Durante os meses do longo e escuro inverno, o forte vórtex circumpolar isola o ar da Antártida e permite que
as temperaturas estratosféricas caiam o suficiente para criar cristais de gelo em altas altitudes — algo que raramente
acontece em outro lugar do mundo. As moléculas cloradas o ozônio são adsorvidas na superfície destas partículas de
gelo. Quando o Sol retorna e a primavera fornece energia para liberar os cloro-radicais, reações químicas destrutivas
se processam rapidamente.
Os seres humanos liberam uma variedade de moléculas cloradas na atmosfera. As que são suspeitas de serem
as mais importantes nas perdas de ozônio são os clorofluorcarbonos (CFCs) e os halons. Os CFCs foram inventados
em 1928 pelos cientistas da General Motors que estavam procurando um refrigerante menos tóxico do que a amônia.
Comumente conhecido pelo nome de Freon, os CFCs eram considerados como compostos maravilhosos. Eles são
atóxicos, não-inflamáveis, quimicamente inertes, de produção barata e úteis em uma ampla variedade de aplic ações.
Entretanto, devido a estas moléculas serem tão estáveis, elas persistem por décadas ou mesmo séculos uma vez
liberadas. Quando elas difundem para a estratosfera, a intensa radiação UV libera radicais livres (Cl•) que destróem o
ozônio. Uma vez que os cloro radicais não são consumidos nestas reações, eles continuam a destruir o ozônio por
anos, até que finalmente difundam para o espaço sideral.
Até 1978, as latas de aerossóis usavam mais CFCs do que qualquer outro produto. Embora não se conhecesse
as condições da Antártida naquele tempo, suspeitava-se de que os CFCs pudessem ameaçar o ozônio estratosférico, de
forma que foram promulgadas leis nos Estados Unidos, no Canadá e em alguns países europeus banindo usos não
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essenciais. Ainda assim, até o ano de 1988, cerca de
320.000 toneladas de CFCs foram usadas mundialmente a
cada ano, com refrigerantes, solventes, propelentes de
“sprays” e agentes formadores de espuma.
A descoberta das perdas do ozônio estratosférico deu
origem a uma resposta internacional notadamente rápida.
Na conferência de 1989 em Helsinki, oitenta e uma nações
concordaram em encerrar a produção dos CFCs até o final
do século. Como foram acumuladas evidências de que as
perdas eram maiores e mais abrangentes do que se pensava
anteriormente, a data-limite para a eliminação de todos os
CFCs (halons, tetracloreto de carbono e clorofórmio) foi
adiantada para 1996 e um fundo de $500 milhões foi
estabelecido para assistir aos países mais pobres na mudança
para tecnologias sem CFCs. Felizmente, já existem
alternativas para a maioria dos usos dos CFCs. Os primeiros
substitutos são os hidroclorofluorcarbonos (HCFCs), que
liberam muito menos cloro por molécula. Eventualmente,
esperamos sejam desenvolvidas moléculas sem halogênio
que funcionem tão bem e com o mesmo custo dos CFCs.
Já existem evidências de que o banimento dos CFCs
já está tendo efeitos. O acúmulo dos CFCs na atmosfera
está declinando mais rapidamente do que era esperado. Em
cerca de 70 anos, espera-se que os níveis de ozônio estratosférico estejam de volta ao normal. Infelizmente, pode
existir um aspecto negativo da interrupção da destruição do ozônio. O ozônio é um potente gás do efeito estufa. Alguns modelos sugerem que os níveis mais baixos de ozônio têm anulado uma parte dos efeitos do aumento da concentração do CO2 . Quando o ozônio for restabelecido, o aquecimento global pode ser acelerado. Neste caso, como acontece freqüentemente, quando perturbamos um fator ambiental, afetamos também outros.
Deposição Ácida
A maioria das pessoas se tornou cientes dos problemas associados com a precipitação ácida (a deposição de
soluções líquidas ácidas ou partículas secas ácidas a partir do ar) somente na década passada, mas o cientista inglês
Robert Angus Smith cunhou o termo “chuva ácida” nos seus estudos da química do ar em Manchester, Inglaterra, nos
anos de 1850. Na década de 40, sabia -se que certos poluentes, incluindo os ácidos atmosféricos, podiam ser transportados a longas distâncias pelas correntes aéreas. Pensava-se que isto era apenas uma curiosidade acadêmic a, até que
foi mostrado que a precipitação desses ácidos podia ter efeitos ecológicos bastante sérios.
pH e Acidez Atmosférica
Uma chuva normal, sem poluição, normalmente
possui um pH de aproximadamente 5,6, devido ao ácido
carbônico gerado pelo CO2 no ar. As emissões vulcânicas, a decomposição biológica, o cloro e os sulfatos dos
“sprays” oceânicos podem diminuir o pH para valores
bem abaixo de 5,6, ao passo que poeiras alcalinas podem
aumentá-lo acima de 7. Nas áreas industrializadas, os
ácidos antropogênicos no ar geralmente estão em muito
maior quantidade do que a das fontes naturais. A chuva
ácida é apenas uma forma na qual a deposição ácida
ocorre. Névoa, neve, neblina e orvalho, também aprisionam e depositam os contaminantes atmosféricos. Mais
ainda, a precipitação de partículas secas de sulfato, nitrato
e cloreto, pode ser responsável por metade da deposição
ácida em algumas áreas. Estas partículas são convertidas em ácidos quando são dissolvidas em águas superficiais ou
entram em contato com tecidos úmidos (como os dos pulmões e olhos).
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Efeitos Aquáticos
Há cerca de 30 anos que se sabe que os ácidos — principalmente o H 2 SO4 e HNO3 — gerados pelas emissões
automotivas e industriais do noroeste da Europa são carreados pelos ventos predominantes para a Escandinávia, onde
são depositados pela chuva, neve e precipitação seca. Os solos rasos e ácidos e os rios e lagos oligotróficos das montanhas do sul da Noruega e da Suécia, têm sido severamente afetados por esta deposição ácida. Cerca de 18.000 lagos
na Suécia estão hoje tão ácidos que não suportam mais peixes e outros organismos aquáticos sensíveis. Metade dos
lagos de grande altitude nas Montanhas Adirondack, em Nova Iorque, estão ácidos e sem peixes. O mesmo se dá com
48.000 lagos em Ontário e cerca de 1 milhão de lagos em Quebec. Cerca de 50% da deposição ácida no Canadá vem
dos Estados Unidos, enquanto somente 10% da poluição dos Estados Unidos vêm do Canadá.
Danos Florestais
No início da década de 80, apareceram relatórios perturbadores sobre o rápido declínio das florestas, tanto na
Europa quanto na América do Norte. Estima-se que 50% das florestas situadas em altas elevações nos Estados Unidos estão mortas e os 50% restantes estão morrendo. As florestas européias também estão morrendo a uma taxa ala rmante. Cerca de 4 milhões de hectares (50% da área total de florestas) estão em franco declínio.
Emissões de dióxido de enxofre e a precipitação
ácida advindas de uma fundição de cobre pertencente à Companhia de Níquel Internacional
(ao fundo), mataram toda a vegetação ao longo
de uma grande área perto de Sudbury, Ontário.
Até mesmo os leitos de granito rosa ficaram
enegrecidos. A instalação de lavadores tem
reduzido dramaticamente as emissões de enxofre. Os ecossistemas mais afastados da fundição
estão começando a se recuperar lentamente.
Danos similares têm sido relatados na Checoslováquia, Polônia, Áustria e Suíça. Novamente, florestas altas
são as mais severamente afetadas. Isto é um desastre para as vilas das montanhas dos Alpes que dependem das florestas para prevenir avalanches no inverno. Suécia, Noruega, Holanda, Romênia, China e a antiga União Soviética, também apresentam evidências de redução de crescimento, desfoliação, necrose das raízes, crescimento de sementes e
morte prematura de árvores.
Este fenômeno complexo tem provavelmente a contribuição
de muitos fatores, mas a poluição do ar e a deposição de ácidos
atmosféricos são consideradas as causas principais da destruição das
florestas em muitas áreas. Um grande número de pesquisas tem
mostrado que os ácidos são diretamente tóxicos para os brotos e as
raízes tenras. As florestas altas são sujeitas a doses especialmente
intensas destes ácidos porque as nuvens saturadas com poluentes
tendem a se estacionar no topo das montanhas, banhando as florestas
com uma sopa tóxica por dias ou até mesmo semanas de cada vez.
Os cientistas têm sugerido que outros mecanismos
participam do declínio das florestas. O excesso de fertilização com
compostos nitrogenados tornam as árvores sensíveis a geadas.
Minerais essenciais (como o magnésio) podem ser retirados da
folhagem ou do solo pela precipitação ácida. Metais tóxicos (co- Folhas de soja expostas a 0,8 ppm de dióxido de
enxofre por
por um período de 24 horas, mostram uma
mo o alumínio) podem ser solubilizados por águas subterrâneas enxofre
extensa clorose (destruição da clorofila) em áreas
ácidas. Microrganismos patogênicos e pragas podem danificar as brancas entre os veios da folha.
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árvores debilitadas pela poluição do ar. Fungos que formam associações essencialmente mutualísticas (chamados
mycorrhizae) com as raízes das plantas podem ser danificados pela chuva ácida. Outros poluentes atmosféricos (como o dióxido de enxofre, ozônio e compostos orgânicos tóxicos) podem danificar as árvores. Ciclos repetidos de
derrubadas em florestas comerciais podem remover nutrientes e danificar relações ecológicas essenciais para o crescimento sadio das árvores. Talvez o cenário mais provável é o no qual todos estes fatores ambientais ajam cumulativamente, mas em diferentes combinações, na deterioração da saúde de árvores e de florestas inteiras.
Uma das conseqüências da chuva
ácida é vivamente ilustrada por estas
duas fotografias de uma fl oresta na
Alemanha. A da esquerda foi tirada
em 1970; a da direita em 1983.
Construções e Monumentos
Em todas as cidades ao redor do mundo,
algumas das mais antigas e gloriosas construções e
obras de arte estão sendo destruídas pela poluição
atmosférica. Fumaça e fuligem cobrem construções,
pinturas e tecidos. Calcário e mármore são destruídos
por ácidos atmosféricos a uma taxa alarmante. O
Partenon em Atenas, o Taj Mahal em Agra, o Coliseu
em Roma, afrescos e estátuas em Florença, catedrais
medievais na Europa e o Memorial a Lincoln e o
Monumento à Washington em Washington, Estados
Unidos, estão lentamente se dissolvendo devido aos
fumos ácidos no ar.
Num nível mais mundano, a poluição do ar
danifica também construções e estruturas ordinárias.
A corrosão do aço de concretos reforçados
enfraquece prédios, estradas e pontes. A pintura e a
borracha deterioram-se devido à oxidação. Calcário, mármore e alguns tipos de arenito, tornam-se porosos e desmoronam. O Conselho de Qualidade Ambiental estima que as perdas econômicas nos Estados Unidos devidas aos danos
arquitetônicos causados pela poluição do ar chegam a $4,8 bilhões em custos diretos e $5,2 bilhões em perdas do valor de propriedades a cada ano.
Disciplinamento do Uso e Ocupação do Solo
O planejamento territorial pode ser usado no sentido de minimizar a poluição do ar, através de medidas como:
• Localização adequada das fontes poluidoras em relação às outras áreas. Por exemplo, zonas industriais devem
situar-se afastadas de áreas residenciais ou de outros usos sensíveis à poluição atmosférica, observando o senti51
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do predominante dos ventos. A Figura abaixo mostra um exemplo de zoneamento em uma área urbana, com a
localização correta da zona industrial.
• Utilização de barreiras, naturais ou artificiais, à propagação dos poluentes (Figura abaixo).
• Distribuição adequada de edificações, de forma a garantir a circulação do ar e, conseqüentemente, a dispersão
dos poluentes.
• Melhoria da circulação dos veículos, através de um sistema viário adequado. A emissão de poluentes, de um
modo geral, decresce com o aumento da velocidade média dos veículos.
• Melhoria e incentivo ao uso do transporte coletivo.
Os estudos de dispersão de poluentes são importantes para se estimar as concentrações dos mesmos em uma
determinada área, a partir de uma ou mais fontes.
Existem vários modelos de dispersão, os quais podem ser utilizados na definição dos locais onde deverão
situar-se as fontes poluidoras do ar, de forma a garantir-se que os poluentes emitidos pelas mesmas não ultrapassem
concentrações indesejáveis nas áreas receptoras.
A velocidade e a direção dos ventos predominantes são informações importantes para a adequada localização de
fontes de poluição do ar. A partir de dados colhidos em estações meteorológicas, é possível elaborar a “rosa dos ventos”, a qual indica as freqüências possíveis de ocorrência de direção e as velocidades do vento em determinada região.
Controle das Fontes Poluidoras
O controle nas fontes visa a reduzir a concentração dos poluentes, antes do seu lançamento na atmosfera.
Isso é conseguido através das seguintes medidas:
• altura adequada das chaminés das indústrias, em função das condições de dispersão dos poluentes; os modelos
de dispersão podem ser usados na determinação de alturas apropriadas para as chaminés;
• uso de matérias-primas e combustíveis que resultem em resíduos gasosos menos poluidores;
• modificação dos processos industriais, objetivando reduzir a emissão de poluentes;
• operação e manutenção adequadas dos equipamentos, visando a garantir o bom funcionamento dos mesmos,
diminuindo-se o lançamento de poluentes atmosféricos;
• melhoria da combustão; quanto mais completa a combustão, menor a emissão de poluentes.
• controle da emissão de poluentes nos veículos; o Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), através
das Resoluções Nº 07 e 08, de 31 de agosto de 1993, estabeleceu os padrões de emissão de poluentes a serem
alcançados pelos veículos leves e pesados fabricados no Brasil.
• uso de combustíveis menos poluidores, nos veículos (exemplo: gás natural);
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• instalação de equipamentos de retenção de partículas e gases; existem vários tipos de equipamentos:
a) de controle de emissão de partículas:
¯ requeimadores
¯ câmaras de sedimentação gravitacional
¯ ciclones precipitadores (coletores centrífugos)
¯ coletores úmidos
¯ lavadores Venturi
¯ precipitadores eletrostáticos
¯ filtros (de tecidos, de material granulado ou fibroso)
b) de controle de emissão de gases:
¯ requeimadores
¯ absorção (contato do gás ou vapor com um líquido no qual é solúvel)
¯ adsorção (em carvão ativado, silicatos, alúmens ou géis especiais)
¯ condensadores de vapores.
Poluentes Particulados
Ciclones
Para partículas de tamanho maior do que 10 µm de diâmetro, o coletor a ser
escolhido é o ciclone. Ele é um coletor inercial sem partes móveis. O gás carregado de
partículas é acelerado através de um movimento espiralado, que impõem uma força
centrífuga às partículas. As partículas são projetadas para fora do gás e chocam-se com
as paredes cilíndricas do ciclone. Elas então deslizam para o fundo do cone, onde são
removidas através de um sistema de válvulas herméticas.
Os ciclones são empregados somente para pós grosseiros. Algumas aplicações
incluem o controle de emissões de pó de madeira, fibras de papel e de polimento.
Filtros-manga
Quando se deseja um controle altamente eficiente de
partículas menores do que 5 µm, um filtro deve ser selecionado
como o método de controle.
As mangas são feitas de fibras naturais ou sintéticas. As
fibras sintéticas são amplamente utilizadas como tecido de
filtração devido ao seu baixo custo, às melhores características
de resistência térmica e química e ao pequeno diâmetro das
fibras. A vida útil das mangas varia de um a cinco anos. Um
período de dois anos é considerado normal. O diâmetro das
mangas varia de 0,1 a 0,35 m. O comprimento varia entre 2 e
10 m.
Os filtros-manga são usados em várias aplicações.
Exemplos incluem a indústria de negro de fumo, moagem de
cimento, manuseio de grãos e de alimentos, gipsita, moagem de
calcário e lixadeiras mecânicas.
Lavagem com líquidos
Quando o material particulado a ser coletado é úmido, corrosivo ou muito quente, o filtromanga pode não funcionar. Nestes casos usa-se a
lavagem com líquidos. Aplicações típicas da
lavagem incluem o controle das emissões de pó
de talco, névoa de ácido fosfórico, poeira de fornos de fundição e fumos de fornalhas de aço de
soleira aberta.
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Os lavadores variam em complexidade. Câmaras de “spray” simples são usadas para partículas de tamanho
relativamente grande. Para uma remoção altamente eficiente de partículas finas, deve ser selecionada a combinação
de um lavador Venturi seguido de um ciclone.
Precipitação eletrostática
Quando se deseja a remoção de partículas secas de uma corrente de gás
aquecido com uma alta eficiência, usa-se a precipitação eletrostática. Os
precipitadores eletrostáticos são construídos de placas e fios que se alternam. Um alto
potencial (corrente contínua) de 30 a 75 kV é aplicado entre as placas e os fios. Isto
resulta na criação de um plasma entre o fio e a placa. As partículas presentes na
corrente de gás passam entre o fio e a placa, ficando negativamente carregadas. As
partículas então migram para a placa positivamente carregada onde ficam presas. As
placas são agitadas periodicamente e os aglomerados de partículas caem em um funil.
Poluentes Gasosos
Absorção
Os dispositivos de controle baseados no princípio da absorção, tentam transferir o poluente da fase gasosa para
a fase líquida. Este é um processo de transferência de massa no qual o gás se dissolve em um líquido. A dissolução
pode ou não ser acompanhada por uma reação com um ingrediente do líquido.
Estruturas tais como as câmaras de “spray” e as torres ou colunas, são duas classes de dispositivos empregados
para absorver os gases poluentes. Nos lavadores, que são um tipo de câmara de “spray”, gotículas de líquido são usadas para absorver o gás. Nas torres, um filme fino de líquido é usado como meio absorvente. Independentemente do
tipo de dispositivo, a solubilidade do poluente no líquido tem quer ser relativamente alta. Se a água é o líquido, isto
geralmente limita a aplicação a uns poucos gases inorgânicos, tais como NH3 , Cl2 e SO 2 . Os lavadores são relativamente ineficientes, mas possuem a vantagem de serem capazes de remover simultaneamente o material particulado.
As torres são absorvedores muito mais eficientes, mas ficam obstruídas pelo material particulado.
Torre de Pratos
Torre Empacotada
Câmara de “spray”
Adsorção
É um processo de transferência de massa no qual o gás é ligado a um sólido. É um fenômeno superficial. O
gás (o adsorbato) penetra nos poros do sólido (o adsorvente), mas não no retículo propriamente dito. A ligação pode
ser física ou química. Forças eletrostáticas retêm o gás poluente quando a ligação física é significativa. A ligação
química ocorre por uma reação com a superfície. São usados vasos de pressão com leitos fixos para sustentar o ad54
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sorvente. Carvão ativo, peneiras moleculares, sílica gel e alumina ativada, são os adsorventes mais comuns. A propriedade comum destes adsorventes é uma grande área superficial “ativa” por unidade de volume. Eles são muito
eficazes para hidrocarbonetos. Além disso, eles podem capturar H 2 S e SO 2 . Uma forma especial de peneira molecular pode também capturar o NO2 . Com exceção do carvão ativo, os adsorventes têm a desvantagem de adsorverem
primeiramente a água antes de qualquer outro poluente. Portanto, a água tem que ser removida do gás antes dele ser
tratado. Todos os adsorventes estão sujeitos à destruição em temperaturas moderadamente altas (150°C para o carvão
ativo, 600°C para as peneiras moleculares, 400°C para a sílica gel e 500°C para a alumina ativada).
Ciclo de Adsorção
Ciclo de Dessorção
Em contraste com as torres de absorção, onde o poluente coletado é continuamente removido pelo fluxo de
líquido, o poluente coletado permanece no leito adsorvente. Portanto, enquanto o leito não estiver saturado, nenhum
poluente será emitido. Quando o leito fica saturado, ele deve ser então regenerado.
Combustão
Quando o contaminante na corrente gasosa é oxidável a um
gás inerte, a combustão é um possível método de controle alternativo. Tipicamente, o CO e os hidrocarbonetos caem nesta categoria. Tanto a combustão com chama direta por pós-queimadores
quanto a catalítica têm sido usadas em aplicações comerciais.
A incineração com chama direta é o método a ser escolhido
se dois critérios forem satisfeitos. Primeiramente, a corrente gasosa tem que possuir um poder calorífico maior do que 3,7 MJ/m3 .
Acima deste valor, a chama se torna auto-sustentável após a
ignição. O segundo requisito é que nenhum dos subprodutos seja
tóxico.
Remoção do Enxofre
Dessulfuração do Gás de Combustão
Calcário moído, pasta de cal ou uma base (carbonato ou bicarbonato de sódio), podem ser injetados em uma
corrente de gás para remover o enxofre após a combustão. Estes processos são freqüentemente chamados de lavagem do gás de combustão. Espargir soluções aquosas de álcalis ou pastas de calcário é um procedimento relativamente barato e eficaz, mas a manutenção pode ser difícil. São formadas camadas de rochas duras e de cinzas na
câmara de “spray”, tendo que ser removidas regularmente. Soluções corrosivas de sulfatos, cloretos e fluoretos
deterioram as superfícies metálicas. Os precipitadores eletrostáticos não funcionam bem devido à obstrução e a
redução dos eletrodos após a lavagem úmida.
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A injeção de álcalis secos (aspersão de bicarbonato de sódio sólido no gás de combustão) evita a maioria
dos problemas da lavagem úmida, mas o custo dos reagentes apropriados é muitas vezes proibitivo. Um procedimento híbrido chamado de aspersão a seco foi testado com sucesso em experimentos em planta piloto. Neste processo, uma pasta de calcário pulverizado ou cal extinta é atomizada na corrente do gás. A taxa de aspersão e o
tamanho das gotículas são cuidadosamente controlados de forma a que a água sofra calefação e um precipitado
seco granular seja produzido. A passagem através de um filtro-manga remove tanto as cinzas quanto o enxofre
muito eficientemente.
A lavagem freqüentemente resulta na transformação de um problema de poluição atmosférica em um problema de disposição de resíduos sólidos. Uma usina grande pode produzir milhões de toneladas de escória de enxofre, gipsita e outros produtos por ano.
Processo de Recuperação do Enxofre
Ao invés de produzir substâncias que se tornam um problema de disposição de resíduos, o enxofre pode ser
removido dos gases efluentes por processos que fornecem um produto utilizável, com o enxofre elementar, ácido
sulfúrico ou sulfato de amônio. Conversores catalíticos são usados nestes processos de recuperação para oxidar ou
reduzir o enxofre e para criar compostos químicos que pode ser coletados e vendidos.
Controle dos Óxidos de Nitrogênio
Quase toda a poluição atmosférica devida aos óxidos de nitrogênio (NOx) resulta dos processos de combustão. Eles são produzidos pela oxidação do nitrogênio presente nos combustíveis, pela reação entre o oxigênio e o
nitrogênio presentes no ar de combustão a temperaturas acima de 1.600 K e pela reação do nitrogênio presente no
gás de combustão com hidrocarbonetos radicais. As tecnologias de controle dos NOx são agrupadas em duas categorias: aquelas que previnem a formação dos NOx durante o processo de combustão e aquelas que convertem os
NOx formados durante a combustão em nitrogênio e oxigênio.
Prevenção
Os processos nesta categoria empregam o fato de que a redução da temperatura do topo da chama na zona de
combustão reduz a formação dos NOx. Nove alternativas foram desenvolvidas para reduzir a temperatura da chama: (1) minimização das temperaturas de operação, (2) troca do combustível, (3) pouco excesso de ar, (4) reciclo
do gás de combustão, (5) combustão pobre, (6) combustão em etapas, (7) queimadores de NOx, (8) combustão secundária e (9) injeção de água/vapor.
Pós-combustão
Três processos podem ser usados para converter os NOx em gás nitrogênio: a redução catalítica seletiva
(RCS), a redução não-catalítica seletiva (RNCS) e a redução catalítica não-seletiva (RCNS).
O processo de RCS usa um leito catalítico (normalmente com uma base de vanádio-titânio ou platina e uma
zeólita) e amônia anidra (NH3 ). Após o processo de combustão, a amônia é injetada antes do leito catalítico. Os
NOx reagem com a amônia no leito catalítico formando N2 e água.
No processo RNCS, amônia ou uréia são injetadas no gás de combustão a uma temperatura de 870 a
1.090°C. A uréia é convertida em amônia, a qual reduz os NOx a N2 e água.
A RCNS usa um catalisador de três vias similar ao usado nas aplicações automotivas. Além do controle dos
NOx, os hidrocarbonetos e o monóxido de carbono são convertidos a CO2 e água. Estes sistemas requerem um
agente redutor similar ao CO e hidrocarbonetos antes do catalisador.
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