1. ERNA | 4º ano @2012
5. Processos Químicos Unitários

2. 5.Operações
Químicas Unitárias
Operações e processos
Operações químicas
 Os processos químicos usados no tratamento de
águas residuais são concebidos de forma a
promover alterações nos poluentes, promovendo
reacções químicas.
 São usados em conjunção com operações físicas
unitárias e processos biológicos
 Tem uma desvantagem relativamente aos
processos físicos porque são processos aditivos
 Existe um aumento nos constituintes dissolvidos
na água
 Factor importante se se considerar a reutilização da
água
 Processos considerados: precipitação
química, adsorção, desinfecção, remoção do
cloro e outras aplicações. 2
O que são processos Quimicos?

3. Operações e processos químicos
Precipitação química
 (a) Precipitação química
 Antes da sedimentação
 Promove a floculação de solidos
finamente divididos, em flocos com
maior capacidade de sedimentação
 Promove a eficiência da remoção e
tratamento dos sólidos suspensos, da
CBO, do fósforo (quando comparado
com a sedimentação isolada, sem
coagulação).
3
5.Operações
Químicas Unitárias

4. Operações e processos químicos
Precipitação química
 (a) Precipitação química
 O grau de clarificação obtido depende da
quantidade de químicos usados e o cuidado
com que o processo é gerido
 A selecção de coagulantes para o aumento da
sedimentação é baseado no desempenho,
fiabilidade e custo.
 A avaliação do desempenho usa testes da água
residual para determinar doses e efectividade
 Os coagulantes químicos que são usados
são
 Sulfato de alumínio (Al2(SO4)3.14.3 H2O),
 Cloreto de ferro (FeCl3.6H2O),
 Sulfato ferrico (Fe2(SO4)3),
 Sulfato ferroso (FeSO4.7H2O) e
 cal (Ca(OH)2).
 Polielectrolitos Organicos
4
5.Operações
Químicas Unitárias

5. Operações e processos químicos
Precipitação química
 A remoção de sólidos suspensos através do tratamento
químico envolve uma série de três operações unitárias:
mistura rápida, floculação e sedimentação.
 Mistura rápida: o químico é adicionado e disperso
completamente pela água durante 20 a 30 segundos
numa bacia com um misturador de turbina.
 As partículas coaguladas são juntas através de floculação,
induzindo gradientes de velocidade dentro do líquido de
forma mecânica .A floculação demora 15 a 30 minutos
numa bacia que contenha misturadores de turbina ou de
pás.
 O passo final é a clarificação por gravidade
5
5.Operações
Químicas Unitárias

6. Operações e processos químicos
Precipitação química
 As vantagens da coagulação
incluem uma maior eficiência de
remoção, a possibilidade de usar
maiores taxas de tratamento, e um
desempenho mais consistente.
 Por outro lado a coagulação resulta
numa maior produção de lamas
cuja desidratação e redução de
volume é mais difícil.
 Também envolve maiores custos
operacionais e exige mais atenção
da parte do operador.
6
5.Operações
Químicas Unitárias

7. Sistemas de
tratamento de águas
residuais
Operações e processos físicos
Gradagem
Fragmentação
Equalização dos fluxos
Sedimentação
Precipitação química
Adsorção com carvão activado
 (b) Adsorção com carvão
ativado
 É um processo que colecta as
substâncias solúveis fazendo-as
contactar com uma interface
adequada
 O carvão activado é produzido
aquecendo carvão a uma alta
temperatura e activando-o pela
exposição a um gás oxidante. O gás
desenvolve uma estrutura porosa
no carvão, criando uma grande
área superficial.
 O carvão ativado pode ser separado
em vários tamanhos com
diferentes capacidades de adsorção
7

8. Sistemas de
tratamento de águas
residuais
Operações e processos físicos
Gradagem
Fragmentação
Equalização dos fluxos
Sedimentação
Precipitação química
Adsorção com carvão activado
 (b) Adsorção com carvão activado
 Uma coluna fixa é usada usualmente para
promover o contacto da água com o
carvão activado. A água é aplicada no topo
da coluna e removida na base, com o
carvão fixo. A limpeza em fluxo oposto e a
limpeza superficial são aplicadas.
 o carvão activado pode ser regenerado
pela remoção da matéria orgânica
adsorvida através da oxidação num forno
 No tratamento de águas residuais, a
adsorção com carvão activado – interface
sólida – segue normalmente o tratamento
biológico e tem por objectivo remover os
compostos organicos dissolvidos que
sobraram. A matéria particulada presente
na água também pode ser removida
8

9. Operações e processos
Operações químicas
 Tratamento de águas residuais usando
Carvão activado envolve a adição do pó
directamente para o tratamento biológico
de efluentes ou o processo de tratamento
físico-químico, como seja o caso. PAC é
geralmente adicionado à águas residuais
numa bacia contactando para um
determinado período de tempo.
 Em seguida, é deixada em repouso para o
fundo do tanque e removido. A remoção
do carbono em pó pode ser facilitada pela
adição de coagulantes polielectrólitos ou a
filtração através de filtros granular-
médios.
 O maior problema com a utilização de
carvão activado em pó é a de que a
metodologia para a sua regeneração não
está bem definida
9
5.Operações
Químicas Unitárias

10. Operações e processos
Operações químicas
 (c) Desinfecção
 Refere-se à destruição selectiva de micro-
organismos que causem doenças.
 O processo é importante porque as águas
residuais domésticas têm muitos micro-
organismos associadas com doenças .
 Agentes de desinfecção:
 Agentes físicos – calor e luz, radiação (raios
gama)
 Meios mecânicos – filtração, etc.
 Agentes químicos – incluindo cloro e
compostos associados, bromo, iodo, ozono,
compostos fenólicos, alcoois, metais pesados,
sabões, detergentes sintéticos, alcalinos e
ácidos, peroxido de hidrogenio, etc.
10
5.Operações
Químicas Unitárias

11. Operações e processos
Operações químicas
 (c) Desinfecção
 O cloro quando colocado na água tem a
capacidade de penetrar atraves das paredes
das celulas e atingir as partes vitais das
bactérias, matando-as.
 Mecanismos: destruição da parede da célula,
alterando a permeabilidade da célula,
inibindo a actividade enzimátia, alterando a
natureza coloidal do protoplasmo
 Na aplicação de agentes desinfectantes tem
que ser considerados diferentes factores:
tempo de contacto, concentração e tipo de
agente químico, intensidade e natureza do
agente físico, temperatura, numero de
organismos, e natureza do liquido em
suspensão
11
5.Operações
Químicas Unitárias

12. Operações e processos
Operações químicas
12
5.Operações
Químicas Unitárias

13. Operações e processos
Operações químicas
 (d) Remoção de cloro
 Para evitar a formação de compostos
organoclorados, compostos estes que têm impactos
de longos prazo na saude humana e nos
ecossistemas
 Remoção de resíduos de cloro (livres e combinados)
do efluente, antes da sua reutilização ou descarga
para as águas de recepção.
 Os compostos clorados reagem com muitos
compostos orgânicos e produzem compostos
tóxicos que causam impactos adversos de longo-
termo - organoclorados
 Pode ser conseguida a partir da utilização de carvão
activado ou pela adição de um agente de redução
como o dióxido de enxofre (SO2), sulfito de sódio
(Na2SO3) ou sódio metabisulfito (Na2S2O5).
 A descloração não vai remover compostos tóxicos
que já tenham sido produzidos.
13
5.Operações
Químicas Unitárias

14. Operações e processos
Operações químicas
 (e) Correcção de pH
 pH de uma água residual submetida a um
tratamento biológico deve estar compreendido no
intervalo 5,0 a 8,5, com valores óptimos entre 6,5 e
7,5.
 Nos países que já adoptaram normas de qualidade
a impor aos efluentes para que possam ser
lançados em redes de colectores dotados de estação
de tratamento, os limites para o pH rondam o
intervalo 6 a 9.
 A correcção do pH apenas terá lugar quando da
inclusão de efluentes industriais, cujo pH poderá
ser muito baixo ou muito elevado.
 Nestes casos, por razões óbvias, a correcção do pH
far-se-á em tratamento prévio, antes da entrada do
efluente industrial na rede de colectores de águas
residuais domésticas.
 Os compostos mais usados para a correcção do pH
são a cal e os ácidos clorídrico ou sulfúrico. 14
5.Operações
Químicas Unitárias

15. Operações e processos
Operações químicas
 Outras aplicações químicas
15
5.Operações
Químicas Unitárias

16. Operações e processos
Operações químicas
 Outras aplicações químicas
 A título meramente informativo, apresentamos de
seguida dois esquemas de tratamentos químicos
completos de águas residuais, o primeiro incluindo a
remoção do azoto e do fósforo e o segundo a usar
quando a remoção do azoto não for essencial.
 No primeiro caso, a sequência de operações e
processos é a seguinte:
 - adição de cal, precipitação química (a partir da
adição de floculantes – sulfato de alumínio, cloreto
férrico; seguida de sedimentação), remoção do
amoníaco por corrente de ar, redução do pH por
recarbornatação e precipitação do carbonato de cálcio.
 Segue-se uma filtração através de camada-múltipla
para retenção dos flocos residuais e uma remoção das
substâncias orgânicas dissolvidas remanescentes
através de passagem por coluna de carvão
activado, seguindo o efluente para o seu destino final
ou para reutilização. Quando é para reutilização
doméstica, deve ser adicionado também cloro.
16
5.Operações
Químicas Unitárias

17. Operações e processos
Operações químicas
 Outras aplicações químicas
 Quando a remoção do azoto não é necessária, a
precipitação inicial com a cal pode ser substituída
pela coagulação com sais de ferro ou de alumínio.
 No tratamento com a cal, o objectivo é elevar o
valor do pH até 11.
 A utilização de produtos químicos no tratamento
das águas é feita visando vários tipos de efeitos,
nomeadamente a remoção da cor e turvação,
controlo da agressividade, remoção da dureza em
excesso, oxidação da matéria orgânica e do ferro,
controlo do cheiro e sabor e a desinfecção.
 Para que um dado produto exerça o efeito
pretendido, ele deve ser aplicado na dose certa, de
acordo com as características da água e o
objectivo do tratamento e para além disso, eles
não devem conter elementos tóxicos ou de
carácter prejudicial em concentrações que
possam afectar a qualidade da água e o objectivo
do tratamento.
17
5.Operações
Químicas Unitárias