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Prof. Dr. Marco Antônio Siqueira Rodrigues Instituto de Ciências Exatas e Tecnológicas Departamento de Engenharia Química
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Eletrodiálise Aplicada ao Tratamento de Efluentes
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Eletrodiálise
O princípio básico da eletrodiálise consiste em transformar uma solução aquosa em duas: uma mais concentrada em eletrólitos do que a original e a outra mais diluída.
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Membrana íon-seletiva
São Ionômeros que apresentam grupos funcionais positivos (aniônica) ou negativos (catiônica) ligados quimicamente a matriz polimérica.
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Membrana Aniônica
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40 Ao
50 Ao
10 AoSO3-
SO3-
SO3-
SO3-
SO3-
SO3-
SO3-
SO3-
SO3-
SO3-
SO3-
SO3-
SO3-
SO3-
SO3-
SO3-
SO3-
SO3-
SO3-
Modelo da Rede de Transporte de íons “Clusters” Nafion
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Espaçadores
ü Formação dos compartimentos ü Diminuir a Polarização por Concentração
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Espaçadores tipo fluxo turbulento e fluxo laminar
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Desenho esquemático do módulo de membranas mostrando o fluxo turbulento causado pelas irregularidades do espaçador
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Sistema de Eletrodiálise
+
Cátions Ânions Membrana Catiônica
Membrana Aniônica
Sol. diluída
Solução concentrada
Alimentação
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Ø Remoção de Nitrato, Nitrito e Flúor de águas Subterrâneas para Abastecimento Público Ø Tratamento de Efluente Industrial para Reuso Industrial da água Ø Purificação da Glicerina oriundo do Biodiesel
Ø Recuperação de Níquel de Efluentes de Galvanoplastia
Ø Tratamento de Drenagem Ácida de Minas
APLICAÇÕES DA ELETRODIÁLISE
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RECUPERAÇÃO HIDROMETALÚRGICA DE METAIS E ÁCIDO SULFÚRICO DA DRENAGEM ÁCIDA DE MINAS
Edital MCT/CT-Mineral/CNPq Chamada 1: Pesquisa, Desenvolvimento Tecnológico e Inovação aplicados ao desenvolvimento de tecnologias inovadoras de disposição de rejeitos, para o tratamento de efluentes e prevenção e tratamento de drenagem ácida de minas (DAM) apropriadas para a produção mais limpa.
Coordenador Geral da Rede: Prof. Dr. Ivo André Homrich Schneider 1. Universidade Federal do Rio Grande do Sul 2. Universidade FEEVALE 3. Universidade de São Paulo 4. Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 5. Sindicato da Indústria de Extração de Carvão de Santa Catarina 6. Associação Beneficente da Indústria Carbonífera de Santa Catarina
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Os recursos identificados de carvão mineral no Brasil estão na ordem de 32 bilhões de
toneladas, localizados na Região Sul do país, nos Estados do Rio Grande do Sul, Santa Catarina
e Paraná. Os locais de maior exploração são Candiota (RS), região do Baixo Jacuí (RS) e Região
Carbonífera do Sul Catarinense (SC).
Os impactos ambientais do carvão decorrem da sua mineração e combustão. Um dos aspectos mais
críticos diz respeito aos rejeitos do beneficiamento. Os rejeitos são depositados em pilhas e, por
serem ricos em pirita (FeS2), geram a drenagem ácida de minas (DAM).
Os impactos da DAM sobre os recursos hídricos são manifestados tanto pelas alterações na
qualidade da água quanto na integridade da fauna e flora.
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Pontos de Coleta das Amostras
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Collection point of AMD MA – percolation of Waste Module A.
Collection point of AMD MB – percolation of Waste Module B
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AMD LX – underground drainage of Waste Module B
pluvial drainage of all carboniferous area
AMD BA – adduction of a basin
AMD CB – abandoned coal bank
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Parameters Samples
AMD MA AMD MB AMD LX AMD PL AMD BA AMD CB AMD LX 2 pH 2.55 2.48 2.90 2.80 2.98 2.84 4.49
Conductivity (µS . cm-1) 7,100 8,050 9,970 4,490 4,200 1,155 15,300
Cat
ions
(m
g . L
-1)
Na+ 453.70 385.35 414.00 296.06 220.85 1,059.00 1,792.23
K+ 1241.38 105.88 143.01 20.03 64.87 64.07 452.41
Mg2+ 137.97 155.11 199.27 70.94 67.24 19.24 46.86
Ca2+ 310.52 257.99 232.33 230.38 238.84 143.07 N.D.
Fe3+ 1,473.00 2,088.00 N.D. 80.05 1377.65 0.55 N.D.
Zn2+ 5.31 2.54 24.61 1.45 0.42 0.56 9.62
Mn2+ 23.15 33.25 50.36 8.89 0.01 1.12 29.59
Fe2+ N.D. N.D. 2822.00 N.D. 39.73 0.28 N.D.
Ani
ons
(mg
. L-1
) F- N.D. N.D. N.D. 9.06 N.D. N.D. N.D.
Cl- 310.04 283.63 293.60 193.79 291.53 69.76 46.66
NO3- N.D. N.D. 347.78 24.28 N.D. 143.07 N.D.
SO42- 7,337.00 7,862.04 6,299.76 1,569.70 3,521.98 518.28 7,398.53
N.D. – not detected.
Caracterização
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Determinação da corrente limite
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anionic membrane – AMD PL cationic membrane – AMD PL
anionic membrane – AMD BA cationic membrane – AMD BA
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Concentração (mg . L-1)
Na+ K+ Mg2+ Ca2+ Fe3+ Zn2+ Mn2+ Fe2+ F- Cl- NO3- SO4
2-
AMD PL
Initial 296.06 20.03 70.94 230.38 80.05 1.45 8.89 N.D.
9.06 193.79 24.28 1,569.70
Após 55h 2.65 N.D. N.D. N.D. 0.33 N.D. N.D. N.D. 0.22 0.37 0.24 26.33
Extração (%) 99.11 100.00 100.00 100.00 99.59 100.00 100.00 -- 97.53 99.81 99.03 98.32
AMD CB
Initial 1,059.00 64.07 19.24 143.07 0.55 0.56 1.12 0.28 N.D. 69.76 143.07 518.28
Após 24h 0.04 0.08 0.02 0.04 N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. 0.41 N.D. 0.26
Extração (%)
99.99 99.88 99.90 99.97 100.00 100.00 100.00 100.00 -- 99.41 100.00 99.95
AMD LX 2
Initial 1,792.23 452.41 46.86 N.D. N.D. 9.62 29.59 N.D. N.D. 46.66 N.D. 7,398.53
Após 72h 23.74 N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. 37.89
Extração (%) 98.68 100.00 100.00 -- -- 100.00 100.00 -- -- 100.00 -- 99.49
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- ED pode ser aplicada para tratar DAM e fornece uma água tratada com baixa concentração iônica. A qual pode ser lançada em corpos hídricos. - As membranas não foram danificadas pela DAM.
- A extração de íons sulfato foi de 99 %.
Conclusão
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ELETRODIÁLISE APLICADA AO TRATAMENTO DE EFLUENTE DE ELETRODEPOSIÇÃO DE NÍQUEL
TECNOIMPIANTI WATER TREATMENT SRL
VIA S. D'ACQUISTO 16/B 20060 POZZUOLO MARTESANA MILANO -ITALIA
Objetivo:
• Verificar a eficiência do processo de eletrodiálise no tratamento do efluente de níquel de galvanoplastia.
• Analisar se os aditivos orgânicos do banho podem afetar o
processo de tratamento.
• Precipitação de Níquel sobre as membranas
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Diagrama construído no programa Hydra-Medusa para um efluente sintético de níquel.
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Sistema para Efluente Real
-‐ No compar5mento central são tratados 5L de Efluente cedido pela empresa (Efluente Real)
-‐ Conectadas ao sistema, 5 bombas promovem a circulação das soluções (Q=0,08m³/h).
-‐ densidade de corrente aplicada foi de i=2,8mA/cm². -‐ Potencial da célula: variou entre 8,1 e 17,4 V. -‐ Duração do Ensaio: 247h
Antes do tratamento. Depois do tratamento.
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Sistema para Efluente Real • Precipitação verificada na membrana catiônica (35h de ensaio) e,
posteriormente, em maior quantidade, na membrana aniônica em frente ao cátodo (147h de ensaio) => aumento do potencial.
• Quando do precipitado, adição de H2SO4 para reduzir o pH, visando solubilização. =>aumento da condutividade das soluções.
CÁTO
DO ÂN
ODO
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Sistema para Efluente Real – ED1 Análises – Cromatografia iônica
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
0,00 1,00 247,30
[Ni] (m
g/L)
Tempo de ensaio (h)
[Ni] -‐ Compar8mento Diluído-‐
0
500
1000
1500
2000
2500
0,00 1,00 12,50 51,10 66,50 68,70 247,30
[Ni] (m
g/L)
Tempo de ensaio (h)
Ni no compar8mento Concentrado de Cá8ons
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0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00
[Ni] (m
g/L)
Tempo de ensaio (h)
[Ni] Anodo
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Conclusões
• O transporte de Ni para o compartimento anodo está relacionado a formação de íons negativamente carregados (como boratos e ânions componentes dos aditivos orgânicos), formando complexos negativos que passaram pela membrana aniônica.
• O controle de pH deve ser efetivo para evitar a formação de precipitado sobre a membrana. Entretanto, o aumento na concentração de íons H+ ocasiona uma diminuição da eficiência de corrente devido ao maior transporte do H+ frente ao Ní.
32
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Nos Encontramos em Porto Alegre!!!!