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Andréa Moura Bernardes
2013
Processos eletroquímicos para o tratamento de água visando o reúso de água industrial
EVOLUÇÃO DA POPULAÇÃO
Habitantes em 2012: 200 milhões de habitantes
urbanos: 168 milhões de habitantes
rurais: 32 milhões de habitantes
Habitantes em 1950: 52 milhões de habitantes
urbanos : 19 milhões de habitantes
rurais : 33 milhões de habitantes
Tensões e conflitos pelo uso compartilhado da água
http://www.acinh.com.br/download/Presente%20Futuro%20Rio%20dos%20Sinos.pdf
• A qualidade das águas utilizadas para o
abastecimento público não apresenta muitas vezes
características compatíveis com as necessárias a
um uso industrial.
• Para cada uso específico da água devem serestabelecidos parâmetros de qualidade adequados.Desta forma, um tratamento de potabilização daágua pode não ser o mais adequado para o uso emprocessos que exijam água desmineralizada.
• A gestão de águas mais eficiente é aquela que aplicaum tratamento de águas compatível com o usosubseqüente.
Variáveis de Qualidade da Água
– Variáveis Físicas
– Variáveis Químicas
– Variáveis Microbiológicas
– Variáveis Toxicológicas
Aplicações da Água Reciclada
(em função da qualidade da água reciclada )
– Irrigação paisagística
– Irrigação de campos para cultivos
– Usos industriais: refrigeração, alimentação de caldeiras, água de processamento.
– Recarga de aqüíferos
– Usos urbanos não-potáveis: irrigação paisagística, combate ao fogo, descarga de vasos sanitários, sistemas de ar condicionado, lavagem de veículos, lavagem de ruas e pontos de ônibus, etc.
– Finalidades ambientais: aumento de vazão em cursos de água, aplicação em pântanos, terras alagadas, indústrias de pesca.
– Usos diversos: aqüicultura, construções, controle de poeira, dessedentação de animais.
Aplicações da Água Reciclada
(em função da qualidade da água reciclada )
– Irrigação paisagística
– Irrigação de campos para cultivos
– Usos industriais: refrigeração, alimentação de caldeiras, água de processamento.
– Recarga de aqüíferos
– Usos urbanos não-potáveis: irrigação paisagística, combate ao fogo, descarga de vasos sanitários, sistemas de ar condicionado, lavagem de veículos, lavagem de ruas e pontos de ônibus, etc.
– Finalidades ambientais: aumento de vazão em cursos de água, aplicação em pântanos, terras alagadas, indústrias de pesca.
– Usos diversos: aqüicultura, construções, controle de poeira, dessedentação de animais.
• qualidade inicial da água/efluentes
• o fim a que se destina
• padrões estabelecidos na legislação.
Processos de
tratamento de águas e
efluentes
Processos
Convencionais
de Tratamento
de Efluentes
Processos
Físico-Químicos:
Coagulação/
Floculação/
Sedimentação/
Flotação
Processos
Biológicos:
Aeróbios e
Anaeróbios
Lodos Efluentes tratados Lodos Efluentes tratados
Qualidade para Reúso?? (COT, SD, SS, ST....)
Processos
de Tratamento
de Efluentes
visando REÚSO
Processos
de Membranas
Processos
Oxidativos
Avançados
Processos
de Tratamento
de Efluentes
visando REÚSO
Processos
de Membranas
Processos
Oxidativos
Avançados
PROCESSO FORÇA MOTRIZ RETIDO PERMEADO
Microfiltração ΔP (0,5 a 2 bar) Material em Suspensão,
bactérias (M > 500000,
0,01µm)
Água e Sólidos
Dissolvidos
Ultrafiltração ΔP (1 a 7 bar) Colóides,
macromoléculas
(M > 2000)
Água, sais e
compostos de baixa
massa molar
Nanofiltração ΔP (5 a 25 bar) Moléculas (300<M<2000) Água, sais e
compostos de baixa
massa molar
Osmose
Reversa
ΔP (15 a 80 bar) Todo material solúvel ou
em suspensão
Água, solvente
Diálise ΔC Substâncias com M>5000 Íons e orgânicos de
baixa massa molar
Eletrodiálise ΔE Água e compostos não
iônicos
Íons
PROCESSOS DE SEPARAÇÃO COM MEMBRANAS
PROCESSO FORÇA MOTRIZ RETIDO PERMEADO
Microfiltração ΔP (0,5 a 2 bar) Material em Suspensão,
bactérias (M > 500000,
0,01µm)
Água e Sólidos
Dissolvidos
Ultrafiltração ΔP (1 a 7 bar) Colóides,
macromoléculas
(M > 2000)
Água, sais e
compostos de baixa
massa molar
Nanofiltração ΔP (5 a 25 bar) Moléculas (300<M<2000) Água, sais e
compostos de baixa
massa molar
Osmose
Reversa
ΔP (15 a 80 bar) Todo material solúvel ou
em suspensão
Água, solvente
Diálise ΔC Substâncias com M>5000 Íons e orgânicos de
baixa massa molar
Eletrodiálise ΔE Água e compostos não
iônicos
Íons
PROCESSOS DE SEPARAÇÃO COM MEMBRANAS
Ensaio de ED - Planta-Piloto
Tecnoimpianti – modelo TI-1624
Reservatórios
Painel de Controle
Stack
24
MEMBRANAS ÍON-SELETIVAS
• CATIÔNICA – NAFION 450 (DuPont) Grupo funcional negativo SO3-
• ANIÔNICA – SELEMION AMV (Asahi Glass) Grupo funcional positivo NH3+
CH CH2 CH2CH CH2CH CH2CH
CH2
N+R3.Cl-
CH2 CH2 CH2CH
CH2N+R3
Cl-.
[(CF2 CF
CF3
CF2)m CF2]n
(OCF2 CF)p O(CF2)q SO3-H+
+
-
-
ÂnodoCátodo
Solução concentrada
Solução diluída
Ânion
Cátion
Membrana aniônica
Membrana catiônica
Sistema de eletrodiálise
-
-+
+-
+
-+
-
+
+
- -
+
+
- -
+
+
- -
+
+
- -
+
-
-+
+-
+
Processos
de Tratamento
de Efluentes
visando REÚSO
Processos
de Membranas
Processos
Oxidativos
Avançados
Processos Oxidativos Avançados (POAs)
• Potencial eletroquímico dos agentes oxidantes mais utilizados.
Agente Oxidante Potencial Eletroquímico (V)
Flúor 3,06
Radical Hidroxila 2,80
Oxigênio (atômico) 2,42
Ozônio 2,08
Peróxido de hidrogênio 1,78
Hipoclorito 1,49
Cloro 1,36
Dióxido de cloro 1,27
Oxigênio (molecular) 1,23
POAs (FORMAÇÃO DO RADICAL HIDROXILA)
• Ozônio + radiação ultravioleta (O3/UV)
• Ozônio e peróxido de hidrogênio, na ausência (O3/H2O2) ou presença
de radiação ultravioleta (O3/H2O2/UV), ou simplesmente utilizando-se um
meio fortemente alcalino (O3/pH elevado).
• Peróxido de hidrogênio + radiação UV
• Peróxido de hidrogênio e sais ferrosos (Reagente de Fenton)
• Foto-Fenton
• Ultrassom (clivagem da molécula de água com formação de radicais
hidroxila) .
• Fotocatálise heterogênea (TiO2/UV)
• Fotoeletrooxidação (Eletrólise + Fotocatálise heterogênea)
POAs (FORMAÇÃO DO RADICAL HIDROXILA)
• Ozônio + radiação ultravioleta (O3/UV)
• Ozônio e peróxido de hidrogênio, na ausência (O3/H2O2) ou presença
de radiação ultravioleta (O3/H2O2/UV), ou simplesmente utilizando-se um
meio fortemente alcalino (O3/pH elevado).
• Peróxido de hidrogênio + radiação UV
• Peróxido de hidrogênio e sais ferrosos (Reagente de Fenton)
• Foto-Fenton
• Ultrassom (clivagem da molécula de água com formação de radicais
hidroxila) .
• Fotocatálise heterogênea (TiO2/UV)
• Fotoeletrooxidação (Eletrólise + Fotocatálise heterogênea)
(A) formação dos radicais hidroxilas (•OH) na superfície do eletrodo
(B)oxidação dos compostos orgânicos
Bertazzoli, R.; Pelegrini, R., “Descoloração e Degradação de Poluentes Orgânicos em Soluções Aquosas através
do Processo Fotoeletroquímico”, Química Nova, vol. 35, p. 477-482, 2002
Fotoeletrooxidação
• Vantagens POAs:
– Não trocam o contaminante de fase, e sim o
transformam quimicamente;
– possibilidade de mineralização completa
(destruição) do contaminante.
• Desvantagens POAs:
– Formação de subprodutos de reação;
– podem necessitar de grande tempo de retenção;
– custo elevado quando comparado, por exemplo,
aos processos biológicos.
TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS
Membranas
Eletrodiálise
Nanofiltração
Processos Oxidativos Avançados
Fotoeletrooxidação
Eletrólise
TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS
Águas Potáveis
Drenagem Ácida de Minas
Efluentes contendo metais
Efluentes de Curtume
Efluentes de Refinaria
Efluentes da Produção de Coque
Efluentes contaminados com Fenóis
Efluentes de Vinícolas
Efluentes contendo Surfactantes
BOSKO, M. L. ; RODRIGUES, M. A. S. ; FERREIRA, J. Z. ; Eduardo Miro ; Bernardes,
Andréa Moura . Nitrate reduction of brines from water desalination plants by membrane
electrolysis. Journal of Membrane Science (Print) , v. 451, p. 276-284, 2013.
TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS
Membranas
Águas Potáveis
Drenagem Ácida de Minas
Efluentes contendo metais
Efluentes de Curtume
Efluentes de Refinaria
Efluentes da Produção de Coque
Efluentes contaminados com Fenóis
Efluentes de Vinícolas
Efluentes contendo Surfactantes
Buzzi, D. C. ; Viegas, L. S. ; RODRIGUES, M. A. S. ; BERNARDES, A. M. ; Tenório, Jorge A.S. .
Water recovery from acid mine drainage by electrodialysis. Minerals Engineering , v. 40, p. 82-89,
2013.
TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS
Águas Potáveis
Drenagem Ácida de Minas
Efluentes contendo metais
Efluentes de Curtume
Efluentes de Refinaria
Efluentes da Produção de Coque
Efluentes contaminados com Fenóis
Efluentes de Vinícolas
Efluentes contendo Surfactantes
Marder, Luciano, Ortega Navarro, Emma M., Pérez-Herranz, Valentín, Bernardes, Andréa Moura,
FERREIRA, Jane Zoppas. Chronopotentiometric study on the effect of boric acid in the nickel
transport properties through a cation-exchange membrane. Desalination (Amsterdam). , v.249,
p.348 - 352, 2009.
Cifuentes, Gerardo ; CAYO, C. H. ; M. A. S. Rodrigues ; Bernardes, Andréa Moura . Sodium
isopropyl xanthate degradation by advanced oxidation processes. Minerals Engineering , v. 45, p.
88-93, 2013.
TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS
Águas Potáveis
Drenagem Ácida de Minas
Efluentes contendo metais
Efluentes de Curtume
Efluentes de Refinaria
Efluentes da Produção de Coque
Efluentes contaminados com Fenóis
Efluentes de Vinícolas
Efluentes contendo Surfactantes
BERNARDES, A. M., RODRIGUES, M A S, AMADO, F D R, XAVIER, J L N, STREIT, K,
FERREIRA, J Z. APPLICATION OF PHOTOELECTROCHEMICAL-ELETRODIALYSIS
TREATMENT FOR THE RECOVERY AND REUSE OF WATER FROM TANNERY EFFLUENTS.
Journal of Cleaner Production. , v.16, p.605 - 611, 2008.
Streit, Katia F., FERREIRA, Jane Zoppas, Bernardes, Andréa Moura, Norberta De Pinho, Maria.
Ultrafiltration/Nanofiltration for the Tertiary Treatment of Leather Industry Effluents. Environmental
Science & Technology. , v.43, p.9130 - 9135, 2009.
Streit, Katia F. ; Gerevini, G. ; RODRIGUES, M. A. S. ; FERREIRA, Jane Zoppas ; BERNARDES,
A. M. ; de Pinho, Maria Norberta . Electrodialysis in an Integrated NF/ED Process for Water
Recovery in the Leather Industry. Separation Science and Technology (Print) , v. 48, p. 445-454,
2013.
TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS
Águas Potáveis
Drenagem Ácida de Minas
Efluentes contendo metais
Efluentes de Curtume
Efluentes de Refinaria
Efluentes da Produção de Coque
Efluentes contaminados com Fenóis
Efluentes de Vinícolas
Efluentes contendo Surfactantes
TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS
Águas Potáveis
Drenagem Ácida de Minas
Efluentes contendo metais
Efluentes de Curtume
Efluentes de Refinaria
Efluentes da Produção de Coque
Efluentes contaminados com Fenóis
Efluentes de Vinícolas
Efluentes contendo Surfactantes
KORZENOWSKI, Christa, Minhalma, Miguel, Bernardes, Andréa M., FERREIRA, Jane Zoppas,
de Pinho, Maria Norberta. Nanofiltration for the treatment of coke plant ammoniacal wastewaters.
Separation and Purification Technology (Print). , v.76, p.303 - 307, 2011.
TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS
Águas Potáveis
Drenagem Ácida de Minas
Efluentes contendo metais
Efluentes de Curtume
Efluentes de Refinaria
Efluentes da Produção de Coque
Efluentes de Vinícolas
Efluentes contendo Surfactantes
Efluentes contaminados com Fenóis
Vásquez-Garzón, Mónica Lucía, Bonotto, Giancarlo, Marder, Luciano, Zoppas Ferreira, Jane,
Bernardes, Andréa Moura. Transport properties of tartrate ions through an anion-exchange
membrane. Desalination (Amsterdam). , v.263, p.118 - 121, 2010.
GIACOBBO, A. ; Oliveira, M. ; Duarte, Elizabeth ; Mira, H. M. C. ; Bernardes, Andréa Moura ; de
Pinho, Maria Norberta . Ultrafiltration Based Process for the Recovery of Polysaccharides and
Polyphenols from Winery Effluents. Separation Science and Technology (Print) , v. 48, p. 438-
444, 2013.
GIACOBBO, A. ; Bernardes, Andréa Moura ; de Pinho, Maria Norberta . Nanofiltration for the
Recovery of Low Molecular Weight Polysaccharides and Polyphenols from Winery Effluents.
Separation Science and Technology (Print) , v. 48, p. 2524-2530, 2013.
TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS
Águas Potáveis
Drenagem Ácida de Minas
Efluentes contendo metais
Efluentes de Curtume
Efluentes de Refinaria
Efluentes da Produção de Coque
Efluentes de Vinícolas
Efluentes contendo Surfactantes
Efluentes contaminados com Fenóis
KORSENOWSKI, C. ; Miguel B.O. Martins ; Bernardes, Andréa Moura ; Zoppas Ferreira, Jane ;
Elizabeth C.N.F. Duarte ; Maria Norberta Correia de Pinho . Removal of anionic surfactants by
nanofiltration. DESALIN WATER TREAT , v. 44, p. 269-275, 2012.
TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS
Águas Potáveis
Drenagem Ácida de Minas
Efluentes de Galvanoplastia
Efluentes de Curtume
Efluentes de Refinaria
Efluentes da Produção de Coque
Efluentes de Vinícolas
Efluentes contendo Surfactantes
Efluentes contaminados com Fenóis
XAVIER, J L N, NAVARRO, Emma Ortega, FERREIRA, J Z, Bernardes, Andréa Moura, HERRANZ,
Valentin Perez. An electrochemical Study of Phenol Oxidation in Acidic Medium. International Journal of
Electrochemical Science, v.6, p.622 - 636, 2011.
TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS : REÚSO DE ÁGUA E PRODUTOS QUÍMICOS
Membranas
Eletrodiálise
Nanofiltração
Processos Oxidativos Avançados
Fotoeletrooxidação
Eletrólise