FeCl 3

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AVALIAÇÃO DO AUMENTO NO
CONSUMO DE COAGULANTE DA ETE
UBERABINHA DEVIDO À REAÇÃO DE
SULFETOS
Químico: Jader de Oliveira Silva
Supervisor de Operações – ETE Uberabinha
(DMAE – Uberlândia)
Uberlândia, 07 de maio de 2014
1. INTRODUÇÃO
Matéria particulada
ESGOTOS
POLUENTES
dissolvida
ETE
UNIDADES DE
TRATAMENTO
1. INTRODUÇÃO
 Unidades de Tratamento de Esgoto
O tratamento de esgotos pode ser dividido em
níveis de acordo com o grau de remoção de
poluentes ao qual se deseja atingir.
Preliminar
Primário
Secundário
Terciário.
1. INTRODUÇÃO

Nível de Tratamento: Terciário
Poluentes Removidos:
Nutrientes
Patogênicos
Compostos não biodegradáveis
Metais pesados
Sólidos inorgânicos dissolvidos
Sólidos em suspensão remanescentes
Matéria orgânica remanescente
1. INTRODUÇÃO
Figura 1 Configuração típica de uma estação de tratamento com reator UASB e FAD.
Fonte: CHERNICHARO, C.A.L. Environmental Science and Bio/Technology (2006).
1. INTRODUÇÃO
 Processo Anaeróbio:
Desnitrificação: Orgânicos + NO2-/NO3-  N2(g) + CO2(g)
Sulfetogênese: Orgânicos + SO42-  H2S(g) + CO2(g)
Metanogênese: Ácidos orgânicos  CH4(g) + CO2(g)
H2S
HS- + H+
K = 1,1 x 10-7 (reação 1)
HS-
S2- + H+
K = 1,0 x 10-14 (reação 2)
2. EFLUENTE UASB
Sólidos Suspensos
separador
trifásico
Matéria orgânica
Fósforo e Nitrogênio
manta de lodo
leito de lodo
alimentação
Figura 2 Configuração reator UASB.
EUTROFIZAÇÃO
P
L
A
A
R N
Â
Ç
D
M A
E EM
T
E
R N
O T
S
O
3. PÓS-TRATAMENTO
FeCl3 ou PAC
MATERIAL
ORGÂNICO
Reator
Efluente
anaeróbico
COAGULAÇÃO
P
H2S + HS-
EFLUENTE
COAGULADO
Utilizando FeCl3 como
coagulante
Consumo de parte do
coagulante
devido
a
reação com sulfetos.
Formação de FeS(s) caso
sulfeto
presente
em
determinada concentração.
3. PÓS-TRATAMENTO
FeS(s)
Precipitado de
tonalidade escura
Cor ao efluente
tratado
4. REAÇÕES FeCl3 COM SULFETO:
• Fortemente influenciadas pelo pH do meio;
H 2S
pH ácido
(< 6)
HSpH neutro
(=7)
S2pH básico
(> 8)
• Consequentemente será influenciada pela
molecular apresentada pela espécie de sulfeto;
forma
2 Fe(OH)3(s) + 3 H2S(aq)  2 FeS(s) + S°(s) + 6 H2O(l)
(1)
2 Fe3+(aq) + HS-(aq)  2 Fe2+(aq) + S°(s) + H+(aq)
(2)
5. HIDRÓLISE DO CLORETO FÉRRICO
FeCl3(aq) + 3 H2O(l)  Fe(OH)3(s) + 3 H+(aq) + 3 Cl-(aq)
5.1 REAÇÃO ENTRE FeCl3 E FÓSFORO
Fe+3(aq)+ PO4-3  FePO4(s)
(4)
(3)
5.2 COAGULAÇÃO
Coagulação-floculação  processo unitário essencial na remoção de partículas coloidais
e sólidos suspensos.
pH
Temperatura
Coagulação
Quantidade de matéria orgânica
Dosagem do coagulante
6. METODOLOGIA
Coleta das amostras
6. METODOLOGIA
Com enriquecimento.
Amostra de efluente UASB
[SULFETOS] < 12 mg/L.
Sem enriquecimento.
Amostra de efluente UASB
[SULFETOS] > 20 mg/L.
6. METODOLOGIA: PARA O ENRIQUECIMENTO
Amostras de efluente UASB
Adição de certo volume
da solução de Na2S
Concentrações obtidas:
Dosagens de 100 mg.L-1
de FeCl3
20 mg S2-/L
1L
Adição de certo volume
da solução de Na2S
40 mg S2-/L
1L
Adição de certo volume
da solução de Na2S
50 mg S2-/L
1L
Adição de certo volume
da solução de Na2S
1L
60 mg S2-/L
6. METODOLOGIA: PARA O JAR TEST
 Coagulantes: FeCl3 e Policloreto de Alumínio;
 1 L de amostra do UASB (para cada recipiente do Jar Test) + 1 L para caracterização inicial
deste efluente;
 Agitação à 80 RPM por 30 s / adição de 6 diferentes dosagens para cada coagulante /
agitação à 70 RPM por 4 min / sedimentação por 10 min;
 Coleta de 70 mL de amostras para ensaios de: Cor, Turbidez e Fósforo Total;
 Coleta de 200 mL de amostras para ensaio de sulfetos.
6. METODOLOGIA: DOSAGENS ADOTADAS
FeCl3: 72 mg.L-1; 81mg.L-1; 90 mg.L-1; 102 mg.L-1; 108 mg.L-1
PAC: 26 mg.L-1; 31mg.L-1; 35 mg.L-1; 39 mg.L-1; 44 mg.L-1
7. RESULTADOS
Tabela 1 – Resultados experimentais da reação do cloreto férrico com sulfetos
_______________________________________________________________________
Concentração
S2- (mg/L)
pH
Coagulação
Antes
Depois
20
6,63
6,32
Sim
40
6,72
6,41
Lenta
50
6,78
6,42
Não
60
7,25
6,69
Não
Precipitado
Preto
Não
Sim
Sim
Sim
7.1 CARACTERIZAÇÃO DO EFLUENTE UASB PARA USO NA
COAGULAÇÃO
Tabela 1
Propriedades físico-químicas do efluente UASB.
Parâmetro
Unidades
Efluente UASB Efluente UASB
para uso FeCl3 para uso PAC
pH
-
6,69
6,73
Cor
mg Pt-Co/L
1100
1554
NTU
124
146
mg CaCO3/L
307
305
mg S2-/L
13,7
18,2
Turbidez
Alcalinidade
Sulfeto
7.2 ESTUDO COMPARATIVO FeCl3 x PAC NA COAGULAÇÃO
Eficiência de remoção de cor(%)
30
25
15
10
Eficiência de remoção de cor
5
62
0
60
70
80
90
100
110
58
-1
FeCl3 (mg.L )
Eficiência(%)
Eficiência(%)
20
56
54
52
50
48
24
26
28
30
32
34
36
38
40
-1
Policloreto de alumínio ( mg.L )
42
44
46
7.2 ESTUDO COMPARATIVO FeCl3 x PAC NA COAGULAÇÃO
Eficiência de remoçao fosforo total (%)
65
60
50
45
45
Eficiência de remoção de fósforo total
40
35
40
30
70
75
80
85
90
95
-1
FeCl3 (mg.L )
100
105
110
Eficiência(%)
Eficiência (%)
55
35
30
25
20
24
26
28
30
32
34
36
38
40
-1
Policloreto de Alumínio (mg.L )
42
44
46
7.2 ESTUDO COMPARATIVO FeCl3 x PAC NA COAGULAÇÃO
40
Eficiência de remoção de turbidez(%)
35
25
20
Eficiência de remoção de turbidez (%)
52
15
50
10
70
75
80
85
90
95
-1
FeCl3 (mg.L )
100
105
110
Eficiência(%)
Eficiência(%)
30
48
46
44
24
26
28
30
32
34
36
38
40
-1
Policloreto de Alumínio (mg.L )
42
44
46
7.2 ESTUDO COMPARATIVO FeCl3 x PAC NA COAGULAÇÃO
Eficiência de remoção de sulfeto(%)
42
40
38
34
32
30
Eficiência de remoção de sulfeto(%)
10
28
9
26
8
24
70
75
80
85
90
95
-1
FeCl3 (mg.L )
100
105
110
Eficiência(%)
Eficiência(%)
36
7
6
5
4
3
2
24
26
28
30
32
34
36
38
40
-1
Policloreto de alumínio (mg.L )
42
44
46
8. O COAGULANTE PAC
PAC
Fórmula geral:
Aln(OH)mCl(3n-m)
● Para
n = 2 e m = 3  Policloreto de alumínio
Fórmula: Al2(OH)3Cl3
PAC:
[Al2(OH)5]+ + H2O  2 Al(OH)5 + H+
Hidroxilado
Cloreto Férrico:
FeCl3 (aq) + 3 H2O (l)  Fe(OH)3(s) + 3 H+(aq) + 3 Cl-(aq)
9. VANTAGENS E DESVANTAGENS DO USO DO POLICLORETO DE
ALUMÍNIO NO PÓS-TRATAMENTO DE EFLUENTES UASB
Coagulante
VANTAGENS
FeCl3
PAC
Efetivo na remoção de
odores e fósforo dos
esgotos.
Se for utilizado no tratamento de água bruta,
reduz a concentração de sulfato adicionado a
água tratada, não aumentando problemas de
odor e corrosão em sistemas de esgotos
sanitários, devido a produção de H2S a partir
do sulfato (Gebbie, P. Using polyaluminium
coagulants in water treatment, 2001 .
Consome alcalinidade do
esgoto, necessitando em
certos casos da adição de
alcalinizantes.
Baixo consumo da alcalinidade do esgoto.
Forma um floco consistente.
Remove a cor e sólidos suspensos presentes
nos esgotos de forma eficiente
Economicamente
menor valor.
de Apesar de seu maior valor em kg de
coagulante que os demais sais inorgânicos
tradicionais, requer uma menor dosagem no
tratamento. Não agride os equipamentos
utilizados no tratamento de esgotos de forma
tão intensa quanto o cloreto férrico.
9. VANTAGENS E DESVANTAGENS DO USO DO POLICLORETO DE
ALUMÍNIO NO PÓS-TRATAMENTO DE EFLUENTES UASB
Coagulante
DESVANTAGENS
FeCl3
PAC
Reage
com
sulfetos Não reage com sulfetos dissolvidos, não
dissolvidos, aumentando a removendo odor.
cor dos esgotos tratados,
devido à formação do
precipitado negro FeS.
Características corrosivas.
Lodo de alumínio é mais difícil de desidratar e
tem pouca perspectiva de reutilização.
(Nansubuga et al 2013 African Journal of
Environmental Science and Technology).
10. COMPARATIVO DE ATUAÇÃO DE DIFERENTES
COAGULANTES FRENTE A ALGUNS PARÂMETROS
Coagulante/
Floculante
Redução
Particulados
Metal
Residual
Redução
P-total
Redução H2S
Redução
Cor
Extensão
pH
Volume
Lodo
Red.
DQO
Al2(SO4)3
3
3
3
0
3
2
2
2
Sulfato de
alumínio e
ferro
3
3
4
0
3
3
3
3
PAC(padrão)
3
3
3
1
3
3
3
3
PAC (alta
basicidade)
4
3
3
1
3
4
2
3
Polímero
(não-iônico/
aniônico/
catiônico)
4
0
1
0
3
3
4
4
0 = nenhuma
1 = ruim
2= intermediária
3 = boa
4 = muito boa
FONTE: Inorganic Coagulants: General Overview and product chemistry (2009), Kemira.
11. SISTEMA DE FLOTAÇÃO POR AR DISSOLVIDO
Usando PAC  não ocorre formação do precipitado
que dá cor ao efluente.
Efluente do UASB
Usando FeCl3 reação com HS- (se o nível for alto) e
formação do precipitado escuro de FeS.
Coagulante Floculante
Figura 3 Esquema do sistema de flotação.
Lodo
flotado
12. CONCLUSÕES:
•Reações entre cloreto férrico e sulfetos dissolvidos
ocorreram quando estes estavam presentes em
concentrações acima de 40 mg S2-.L-1.
• A forma predominante de sulfeto no enriquecimento
com solução de Na2S é HS- (pH observado entre 6,72 e
7,25).
•Em concentrações críticas de sulfetos detectadas no
efluente, a substituição do FeCl3 é recomendada.
•O PAC - Policloreto de alumínio é um coagulante químico
que substitui com grande desempenho o Cloreto Férrico.
13. EFLUENTE TRATADO POR FLOTAÇÃO
Figura 4 Abatimento de cor e turbidez com uso de Policloreto de Alumínio – ETE Uberabinha.
MUITO OBRIGADO!

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