Nesta unidade temática, você vai aprender

• Níveis de tratamento de efluentes;

• Coagulação e floculação;

• Flotação.

Níveis de Tratamento de Água e Efluente

O objetivo do tratamento de efluentes/água é a manutenção dos parâmetros de qualidade dentro dos limites estabelecidos na legislação para a região onde ocorre o lançamento e abastecimento público. Entretanto, as operações unitárias que as águas e os efluentes percorrem com o objetivo de redução de seu potencial poluidor são comumente denominadas de processos de tratamento.

Os processos de tratamento de esgotos sanitários são classificados, usualmente, em função do grau de redução dos sólidos em suspensão e da demanda bioquímica de oxigênio (DBO) proveniente da eficiência de uma ou mais unidades de tratamento. Já nos processos industriais, o objetivo é a redução dos poluentes presentes nas águas utilizadas nos processos produtivos, que podem ser presença de metais, sólidos e até carga orgânica. No tratamento de água, o objetivo é condicionar a água captada para o consumo humano, uso em processos produtivos (produção de alimentos, uso em caldeira e torre de resfriamento, por exemplo), dessedentação animal, entre outros possíveis usos. O conjunto de operações que compõem esses processos de tratamento podem ser classificados em tratamento preliminar, tratamento primário, tratamento secundário e tratamento terciário (ou avançado).

Na Figura 2, pode ser observado um fluxograma típico de uma estação de tratamento de efluentes.

Na Figura 3, é proposto um fluxograma típico de tratamento físico-químico de efluentes industriais.

Observa-se que existe combinação das etapas de tratamento. Por isso, para propor um sistema de tratamento para água e efluentes deve-se estudar as características da água e do efluente, além dos processos a serem aplicados antes de iniciar o projeto propriamente dito.

Tratamento Primário

O tratamento primário tem como objetivo remover sólidos em suspensão sedimentáveis e sólidos flutuantes. Após a passagem pelas unidades de tratamento preliminar, com a remoção dos sólidos grosseiros e areia, a água e o efluente, dependendo da procedência, contêm ainda sólidos em suspensão não grosseiros. Esses sólidos são constituídos, em parte, pela porção da matéria orgânica que se encontra suspensa no meio líquido. Os processos que podem ser aplicados no tratamento preliminar são os seguintes: decantadores primários, reatores anaeróbios de baixa eficiência, flotação, neutralização, precipitação química com baixa eficiência e homogeneizadores.

Tratamento Secundário

Remove a matéria orgânica que se encontra, principalmente, como matéria orgânica dissolvida. A matéria orgânica dissolvida (DBO solúvel ou filtrada) não pode ser removida apenas por processos físicos, como ocorre no tratamento primário. Os processos podem ser os seguintes: processos de lodos ativados; lagoas de estabilização, reatores anaeróbios com alta eficiência, lagoas aeradas, filtros biológicos e precipitação química com alta eficiência.

Tratamento Avançado

Aplica-se quando existe a necessidade de obter um efluente com alta qualidade ou outras substâncias contidas nas águas residuais. Os processos podem ser os seguintes: adsorção, processos oxidativos avançados e membranas.

Processos Convencionais

Gradeamento

O gradeamento tem por objetivo separar do efluente, antes do tratamento propriamente dito, materiais grosseiros que, por sua natureza ou tamanho, podem causar desgaste de bombas ou obstrução de tubulações nas etapas subsequentes. As grades devem ser frequentemente limpas e desobstruídas, a fim de evitar o represamento do efluente nas canaletas. A velocidade mínima é de 0,5 m/s, com profundidade de 0,3 m. Essa velocidade é usualmente adequada para evitar os riscos de formação de depósitos de material sedimentável no fundo do canal.

Uma importante classificação das grades é feita considerando o espaçamento livre entre as barras da ordem de 4 a 10 cm. As grades médias têm espaçamento de 2 a 4 cm e as grades finas têm espaçamento de 1 a 2 cm. As barras podem ser construídas em ferro ou aço, sendo instaladas na vertical ou inclinadas. A inclinação média das grades depende do tipo de gradeamento. Para gradeamento grosseiro, adotam-se inclinações de 30º a 45º em relação ao fundo da canaleta, no sentido do fluxo do escoamento. Já o gradeamento fino apresenta inclinações das barras que variam de 45º a 60º. Grades de limpeza mecanizada operam automaticamente em ciclos contínuos ou a intervalos previamente ajustados por meio de dispositivo temporizador. Essas grades são indicadas para indústrias com grande produção que resultem em grande volume de efluentes líquidos.

Peneiramento

As peneiras são dispositivos mecânicos que atuam como filtros pela passagem do efluente a ser peneirado através de uma chapa metálica perfurada ou ranhurada que permite apenas a passagem de líquidos e sólidos muito finos. Os objetivos de se utilizar peneiras são: evitar entupimento de tubulações; evitar desgaste de bombas e evitar desgaste de tanques. Efluentes com altos teores de gorduras podem propiciar a formação de um filme gorduroso que impede a passagem do líquido através da chapa perfurada ou ranhurada. Isso faz com que a eficiência da peneira caia bruscamente. Pode também ocorrer o represamento do efluente com acúmulo de líquido sobre a chapa da peneira, acarretando seu transbordamento e um esforço excessivo sobre o motor do sistema de limpeza. O elemento filtrante das peneiras é fabricado em aço inox e a estrutura e demais componentes podem ser de aço inox ou aço carbono. Existem diversos tipos de peneiras, tais como as estáticas hidrodinâmicas e parabólicas autolimpantes.

Desarenação

O objetivo da desarenação é a retenção de areia e outros detritos inertes e pesados provenientes das lavagens, chuvas e infiltrações. A remoção desses elementos protege bombas, evita entupimentos e obstruções de canalizações e impede o depósito de material inerte em decantadores e outros equipamentos.

Os desarenadores são dispositivos utilizados para a remoção de areia e materiais que são semelhantes à areia. Esta etapa é indicada para remover materiais abrasivos e evitar excessiva sedimentação em outras operações. O princípio de funcionamento se baseia na redução de velocidade de escoamento a valores que permitam a deposição das partículas que se pretende remover da água ou efluente em tratamento, em função das velocidades de sedimentação associadas à densidade destes sólidos.

Sedimentação

A sedimentação é a operação empregada para a remoção de sólidos em suspensão não retidos pelas grades. Consiste em operação unitária convencional para a separação sólido-líquido e se baseia na diferença de massa específica entre ambas as fases. A sedimentação também é uma operação aplicada para clarificação e é geralmente utilizada em combinação com operações de coagulação e floculação para remover partículas e melhorar a eficiência de sistemas de filtração subsequentes. O emprego da filtração ao invés da sedimentação resulta em aplicações mais curtas dos filtros, menor qualidade do filtrado, filtros mais sujos e difíceis de limpar. Existem diversos tipos de sedimentadores, que diferem a sua adoção em um processo devido a suas características e aplicabilidade.

Coagulação e Floculação

O desenvolvimento de técnicas de tratamento de efluente consiste em um dos mais importantes focos de estudos da atualidade devido ao grande aumento da população mundial e das atividades industriais que resultam em consequente contaminação dos recursos hídricos. O objetivo de muitos estudos reportados na literatura tem sido o de aperfeiçoar as técnicas de prevenção, controlar a poluição e criar tecnologias que visem à eliminação de poluentes e ao reuso de água. Algumas técnicas são consideradas eficientes para remover íons metálicos de efluentes, tais como precipitação química, troca iônica, adsorção e filtração com membranas. Entretanto, o processo de Coagulação e Floculação é uma técnica convencional mais comummente utilizada.

No processo físico-químico, os íons metálicos precipitam sob a forma de hidróxidos pela adição de uma solução básica até um nível de pH correspondente à solubilidade mínima. Consiste no método mais comum para remoção de metais. Neste processo, ocorre a reação química de hidrólise, na qual há formação de espécies Me(OH)⁺ a partir de espécies Me⁺⁺, ou seja, há a formação de hidróxidos insolúveis. O sólido formado pode ser separado por sistemas de sedimentação ou flotação.

Cu⁺² + 2 OH → Cu(OH)₂

Zn⁺² + 2 OH → Zn(OH)²

Como exemplo, pode-se citar a precipitação química para remoção de metais, como cromo hexavalente. Este método consiste em um tratamento preliminar de redução do cromo hexavalente a cromo trivalente em pH inferior a 3 para garantir a reação completa. Esta reação é rápida, levando apenas poucos minutos e resultando em efluentes incolores e de baixa turbidez. Nesse processo, ocorre a adição de produtos químicos como metabissulfito de sódio, ácido sulfúrico e hidróxido de calcio, o que limita esse método, pelo fato de o efluente tratado não poder ser recirculado na estação de tratamento devido ao teor de sais dissolvidos, destacando-se o sódio.

Operações de coagulação e floculação consistem em processos unitários utilizados amplamente no tratamento de efluentes líquidos com a finalidade básica de remoção de cor, turbidez e sólidos em suspensão. Os sólidos suspensos são partículas insolúveis na água, com velocidades de sedimentação tão reduzidas que inviabilizam sua decantação natural ao longo do tempo. Ainda, a maioria dessas partículas apresentam sua superfície carregada. A presença de cargas elétricas aumenta a repulsão entre as partículas, dificultando a aglomeração e formação de agregados maiores e de mais fácil sedimentação. Os processos químicos de coagulação e floculação têm como resultado a aglomeração dos sólidos suspensos e das partículas coloidais, criando partículas de maiores dimensões. Os coágulos e/ou flocos são retirados pela aplicação subsequente de um processo de separação sólido-líquido, como decantação ou flotação.

Os lodos provenientes do processo de precipitação-coagulação-floculação são resíduos que se caracterizam como lodo de estações de tratamento que utilizam o processo de precipitação-sedimentação ou precipitação-flotação para remoção de íons metálicos. O resíduo sólido gerado é constituído de água e sólidos suspensos originalmente contidos na fonte da água ou efluente, acrescidos de produtos resultantes dos reagentes aplicados à água nos processos de tratamento. As fontes mais importantes consistem em lodos decantados ou flotados e água de lavagem dos filtros. O lodo de sulfato de alumínio é líquido gelatinoso, com fração de sólidos constituída de hidróxido de alumínio, partículas inorgânicas, resíduos orgânicos, inclusive bactérias e outros organismos removidos durante a coagulação. Esses lodos sedimentam com relativa facilidade, porém sua baixa compactabilidade resulta em um grande volume e baixo teor de sólidos.

Flotação

A flotação é um processo de separação gravitacional em que bolhas de ar são agregadas a partículas sólidas. As indústrias do setor de minério e metalurgia empregam a técnica de flotação com o objetivo de remover ou recuperar íons, complexos, quelatos, macromoléculas e tensoativos, separação de óleos e compostos orgânicos, redução de DBO e DQO e separação de partículas coloidais, finas e ultrafinas. A Figura 4 representa esse processo.

Os aglomerados bolha-partícula possuem densidade inferior à do líquido e sobem à superfície e se acumulam, formando o produto flotado. O ar arrasta consigo para a superfície as partículas de poluente. A parte sólida sobrenadante é chamada de flotado. A flotação no tratamento de efluentes e água separa líquidos de sólidos com bolhas de ar que arrastam as impurezas em suspensão para a superfície facilitando a remoção. São dois os tipos básicos de flotação: flotação por ar dissolvido, com microbolhas da ordem de micra e flotação por ar disperso, com bolhas maiores.

A eficiência da flotação ou flotador depende da relação ar/sólidos e tamanho da bolha. O flotador funciona por redução de densidade das impurezas, fazendo-as flutuar. As microbolhas na câmara de flotação se prendem às partículas sólidas e óleos formando aglomerados carregados para a superfície formando uma espuma, então retirada. A flotação permite o controle e remoção de gases e odores da água e controle parcial dos agentes de produção de odores (microorganismos). Os flotadores podem ainda substituir clarificadores trabalhando em sobrecarga. Os processos de flotação diferenciam-se pela forma com a qual as bolhas são geradas no processo. A Tabela 1 relaciona os métodos e os diâmetros das bolhas originadas em cada um.

A flotação tem uma cinética rápida, o que permite a operação em instalações industriais compactas por apresentar diversas vantagens frente à sedimentação.

Com a finalidade de aumentar a velocidade de sedimentação dos sólidos, são adicionados reagentes floculantes. Na flotação, esses compostos nem sempre são necessários, dependendo do sólido a ser removido. A utilização da flotação implica em diferentes vantagens, entretanto é importante observar que o cuidado no controle das variáveis operacionais do sistema (pressão de saturação e taxa de reciclo) é fundamental, dependendo desse fator a eficiência do processo. São exemplos de aplicação dessa técnica a remoção de ferro, manganês, cor, Sólidos Solúveis Totais (SST), turbidez, algas, óleos em águas de abastecimentos; no pré e pós tratamento de esgotos para remover gorduras, SST, particulados grosseiros (DBO insolúvel), remoção de nutrientes como amônia (-NH3) e fósforo (P), algas, cor e turbidez; em efluentes industriais para remoção de gorduras, SST, particulados grosseiros (DBO insolúvel), fibras, nutrientes, algas, cor, SST, turbidez, metais precipitados, óleos, microrganismos, pigmentos, compostos orgânicos e macromoléculas; entre outros.