curso sobre tratamento de efluentes industriais características físico-quimicas

Curso sobre tratamento de efluentes industriais

Características físico-quimicas

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UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDOFACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA

CURSO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOSCURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL

Prof. Marcelo HemkemeierProf. Paulo Roberto Koetz

Prof. Vandré Barbosa Brião

Resíduos

Resíduos Sólidos

Líquidos Sólidos Gases

Miscíveis

Imiscíveis

Emulsionados

Solúveis

Particulados

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Resíduos

Resíduos Líquidos

Líquidos Sólidos Gases

•Miscíveis•Imiscíveis

•Emulsionados

•Solúveis•Particulados

•Dissolvidos•Dispersos

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Efluentes da Indústria. 1

Principais componentes

Água Vapor

Matéria Prima

Orgânica

Carboidratos

Proteínas

Lipídios

Sais - Ácidos

InsumosSais

Ácidos

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Efluentes da Indústria. 2

Principais componentes

Água Vapor

Matéria Prima

Inorgânica

Metais

Não metais

Sais – Ácidos

Recalcitrantes

InsumosSais

Ácidos5

Parâmetros dos Efluentes

• A matéria prima da agroindústria é de origem agrícola e pecuária.

• Proteínas, carboidratos e lipídios.• A agroindústria não transforma quimicamente

Indústria de fermentações. Hidrólise por aquecimento e acidez. Degradação da matéria prima.

• Nos efluentes estas substâncias estão em pequenas concentrações e em início de degradação

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•Odor•Cor•Temperatura•Viscosidade•Espumas

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Parâmetros físicos

Parâmetros físico-quimicos

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pHSólidos totais fixos e voláteisSólidos suspensos fixos e voláteisSólidos dissolvidos fixos e voláteisSólidos decantáveis

Parâmetros químicos orgânicos

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•DBO

•DQO

•COT

•Óleos e gorduras

AlcalinidadeNitrogênio amoniacalNitratos (NO3 )+ Nitritos (NO2) (NOx)

FósforoSulfetosSulfatosMetais: Fe, Al, Sn, Co, LiMetais pesados: Cd, Mo, Pb, Hg

Parâmetros químicos inorgânicos

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Determinação. Parâmetros físicos. 1

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•Temperatura•Medida com termômetros químicos ou eletrônicos.

•Cor•Não é determinada quantitativamente no Brasil.•O efluente não deve ter uma coloração que altere o aspecto visual do corpo receptor.

•Odor•Não é determinado quantitativamente como odor

Determinação. Parâmetros físicos. 2

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EspumaVisual.Espumas pemanentes

detergentes não biodegradáveisEspumas desfeitasPresença de proteína solúvel.

TurbidezMatéria em suspensão, terra, matéria orgânica finamente dividida e microorganismosTurbidímetro.

Dúvida

• Espuma– Emulsão de ar em água.– Escuma

• A gordura e as proteínas que flotam.

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Determinação. Parâmetros físicos. 3

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•Sólidos totais (ST)•Uma alíquota da amostra é secada a uma temperatura de 103-105ºC, até peso constante

•A matéria orgânica ou mineral pode se volatilizar, o que é causa de erros.

•Sólidos suspensos totais (SST)•Uma alíquota da amostra é filtrada em lã de vidro ou em membrana de fibra de vidro, de 4,7 mm de diâmetro e 0,4 m de porosidade (Millipore AP 40)

•O material é secado à 103-105º C.

•Sólidos dissolvidos totais (SDT)• SDT = ST - SST

Determinação. Parâmetros físicos. 4

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Sólidos fixos totais (SFT)Calcinação à 550ºC Resíduo pesado até peso constante Pode haver perda de peso por volatilização parcial ou aumento de peso por formação de óxidos.

Sólidos voláteis totais (SVT)Cálculo diretoO teste dá uma boa indicação da quantidade de matéria orgânica constituinte de uma água residuáriaSVT = ST - SFT

Determinação. Parâmetros físicos. 5

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Sólidos sedimentáveisVolume de sólidos que sedimentam após uma hora.Teste simples, que pode ser feito junto à planta

Determinação. Parâmetros químicos. DBO

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O mais antigo dos testes de caracterização das cargas poluidoras orgânicas ainda em usoQuantidade de oxigênio consumida por uma alíquota de amostra de efluente, diluída com água saturada de oxigênio dissolvido (O.D), nutrientes e tampõesInoculada de microorganismos, sob condições especiaisO teste padrão do “Standard Methods” determina uma incubação a 20 ºC por 5 d

Determinação. Parâmetros químicos. DBO

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VantagensA melhor aproximação com o fenômeno que ocorre na naturezaDécadas de emprego deste parâmetro, servem como valores comparativos e orientativos

DesvantagensEle não determina a totalidade da matéria oxidável.Possibilidade da presença de inibidores.Presença de redutores (sulfetos e íons ferrosos). Erros de diluição ou de escolha do inoculo.Testes na 2ª feira ou 3ª feira terminam no sábado ou domingo.Frascos de incubação e capacidade de estufa a 20ºC.

Determinação. Parâmetros químicos. DBO

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•Quantidade de matéria orgânica numa água residuária que é oxidada pelo dicromato de potássio (K2Cr2O7) em meio ácido sob refluxo. O teste é de fácil execução, mas deve ser realizado com cuidado.

Cr2O7-2 Cr+3

Dicromato Cromico

Determinação. Parâmetros químicos. DBO

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•Compostos orgânicos se oxidam em mais de 95% a 100%

•Os orgânicos volatéis reagem de acordo com o seu contato com o oxidante

•Compostos alifáticos de cadeia reta são oxidados mais efetivamente em presença de sulfato de prata

Determinação. Parâmetros químicos. DBO

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Os cloretos são os principais interferentes.Precipitam a prata e inativam o íon prata.Também formam íon crômico reagindo com o dicromato

Determinação. Parâmetros químicos. DBO

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•Redução da interferência dos cloretos•Complexação dos cloretos com HgSO4.

•1 g de HgSO4 para 50 mL da amostra se Cl < 2.000 mg.L-1

•A relação HgSO4/Cl-1 deve ser 10:1.

•Se Cl-1 > 2 000 mg.L-1 use a técnica específica do

SMWW.

Determinação. Parâmetros químicos. DBO

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•Interferências•Ferro ferroso, sulfetos, manganoso, são oxidados quantitativamente

•Nitritos consomem 1,1 m/m O2/N-NO2

•A amônia e seus derivados não dão DQO•Os haletos interferem, mas são raros em efluentes

Carbono orgânico total (COT)

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Quantidade de CO2 produzida pela oxidação catalítica a 900ºC da matéria orgânica O teste não determina substâncias não orgânicas (sulfitos ou compostos nitrogenados) que dão “demanda de oxigênio”

VantagensO método é fácil e reprodutível. Ideal quando a água residuária contém matéria orgânica como componente principal

DesvantagensO aparelho é caro e exige manutenção especializada.

Determinação. Parâmetros químicos. Nitrogênio

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Nitrogênio total kjeldahlFepam

Nitrogênio amoniacal totalConama

Amônia

Determinação do NTK

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Digestão ácida da amostraÁcido sulfúrico (H2SO4)

O nitrogênio orgânico em inorgânico.A amostra digerida é destilada por arraste de vapor, sob a forma de nitrogênio amoniacal, obtida por deslocamento com hidróxido de sódio.A amônia recolhida em solução fraca de ácido bórico, é titulada com solução de ácido sulfúrico, o que determina a quantidade de nitrogênio total da amostra.

Determinação do NTK

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Norg + N-NH3 + H2SO4 (NH4)2SO4

(NH4)2SO4 + 2 NaOH 2 NH4OH + Na2SO4

2 NH4OH + H2SO4 (NH4)2SO4 + 2 H2O

Determinação do N-NH3

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N-NH3 + H2O NH4OH

NH4OH + H2SO4 (NH4)2SO4 + 2 H2O

Determinação. Parâmetros químicos. P

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FósforoFosfatos, ortofosfatos, polifosfatos orgânicos ou minerais.Proliferação de algas

que prejudicam e encarecem os tratamentos de água potável.

DeterminaçãoColorimetria.

Método do metavanadatoMétodo do ácido ascórbicoMétodo do ácido fenoldissulfônico

Determinação de sulfatos e sulfetos

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SulfatosTurbidimetria. Todos os íons sulfato reagem com BaCl2.

Eles se reduzem a sulfetos..

SulfetosIodometria. Os sulfetos são responsáveis pelo mau cheiro em processos anaeróbios.

Determinação de nitratos e nitritos

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Nitratos e nitritos•Nitritos

•Análises colorimétrica

•Nitratos•Redução de nitratos com Cádmio metálico e análise colorimétrica de nitritos.

Determinação de Óleos e Graxas

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•Análise gravimétrica.

•Complexidade das moléculas envolvidas

•Amostragem

•Tomada de alíquotas.

Óleos e gorduras

Óleos e graxas Óleos e graxas Gorduras Gorduras Ceras Ceras Ácidos graxos livres Ácidos graxos livres

Sabões de Ca+2 e Mg+2

Óleos Óleos Livre (insolúvel) Livre (insolúvel) Emulsionado Emulsionado Dissolvido Dissolvido

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Determinação. Parâmetros químicos

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•Substâncias minerais•A presença de substâncias minerais é importante desde que a água que receba os efluentes seja usada para o abastecimento doméstico•Na agroindústria, o principal componente mineral é o sódio das salmouras, das salgas e de detergentes.

Determinação. Parâmetros químicos

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•Acidez e alcalinidade•A acidez e a alcalinidade são devidos à presença de ácidos orgânicos e minerais, sais de ácidos ou bases fracas e substâncias alcalinas.

Determinação. Parâmetros químicos

Determinação. Parâmetros químicos

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SurfactantesSubstancias tenso ativas dos sabões e detergentes sintéticosProvocam espuma nos corpos receptores, criando problemas estéticos

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Compostos tóxicos Importância limitada como parâmetros de poluição na indústria de alimentosImportância relativa para outras indústrias

Determinação. Parâmetros químicos

Características físico-químicas dos efluentes

Matéria-primaConsumo de

água/MPDBO S.S pH

L.kg-1 mg.L-1 mg.L-1

Aspargo 5,5 530 279 4,6Ervilha 7,1 452 101 4,3Milho 11,5 540 112 3,5

Pepino 10,4 375 501 5,8Morango 3,4 1.046 263 4,2Pêssego 8,7 4.000 232 10,8Pêssego

Pelagem1,49 8.467 5840 11,2

Abacaxi 1,7 2.313 451 4,4

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Características físico-químicas dos efluentes

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•A referência padrão para as análises físico-químicas de efluentes

•“Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater¨

•APHA.

Características físico-químicas dos efluentes

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SIGNIFICADO SANITÁRIO DE ALGUNS PARÂMETROSAlcalinidade

Efeito tampão e sabor

AlumínioNão tóxico. Sedimentação nas tubulações.

AntimônioPerigoso se >0,01 mg.L-1. Só é menos tóxico que o arsênio

SIGNIFICADO SANITÁRIO DE ALGUNS PARÂMETROS

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ArsênioPresente normalmente no corpo humanoSistêmicoCumulativo nos peixes - náuseas, vômito, diarréia, dores abdominais, coma, morte.

BárioEstimulante muscular (coração). 1 mg.L-1. Dose fatal 550 mg.L-1 a 600 mg.L-1.

Berilio11,0 mg.L-1 em águas não duras.

SIGNIFICADO SANITÁRIO DE ALGUNS PARÂMETROS

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•BCP•Bifenil policlorados

•Bi•Prejudica os dentes. Sem limites.

•Boro•Borismo - Em grande quantidade afeta o sistema nervoso central. Não tem limites.

SIGNIFICADO SANITÁRIO DE ALGUNS PARÂMETROS

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•Cádmio•Altamente tóxico - Causa mortes em seres humanos - 0,010 mg.L-1.•Provoca mudanças histológicas em várias partes do corpo.

•Calcio•Só provoca dureza na água.

•Chumbo Pb•0,1 mg.L-1. Cumulativo. Neurológicos mentais. SNC, anemia.

SIGNIFICADO SANITÁRIO DE ALGUNS PARÂMETROS

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Cianeto - 0,2 mg.L-1.Selênio - Discutível. Essencial ao metabolismo dos recém nascidos. Citado como carcinogênico.CN-1 - Pode ocorrer até 0,2 mg.L-1 em águas naturais. Age direto na hemoglobina do sangue.

SIGNIFICADO SANITÁRIO DE ALGUNS PARÂMETROS

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Cianeto0,2 mg.L-1.

SelênioDiscutível. Essencial ao metabolismo dos recém nascidos. Citado como carcinogênico.

CN-1

Pode ocorrer até 0,2 mg.L-1 em águas naturais. Age direto na hemoglobina do sangue.