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Tratamento de efluentes – David Charles Meissner – A Importância de Controlar o pH no Tratamento de Efluentes – Parte 2

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Tratamento de efluentes – David Charles Meissner – A Importância de Controlar o pH no Tratamento de Efluentes – Parte 2

Introdução

20/05/2015 – Nesta parte 2 serão tratados os assuntos:

  • Por que é necessário controlar o pH?
  • Qual é a faixa ideal de controle do pH na saída do tanque de neutralização?
  • Alguns problemas e dificuldades no controle do pH na saída do tanque de neutralização.

Parte 2: Por que é necessário controlar o pH?

Na operação diário de uma estação de tratamento de efluentes, particularmente numa fábrica de celulose, é possível identificar duas razões principais que impõe a necessidade de controlar o pH do efluente.

  1. A razão mais óbvia é que a vida e o crescimento das bactérias no tratamento secundário é muito sensível a variações de pH. A vida comum que conhecemos somente existe numa faixa estreita e perto da neutralidade.[1] “A faixa ideal do pH no sangue humano está entre 7,36 e 7,42.”[2] A mesma faixa é aplicável para as estações de tratamentos biológicos. Portanto, o ideal seria manter o pH controlado nessa faixa para permitir o crescimento das bactérias nos tanques de aeração. Assim, essas bactérias e a flora biológica vão se alimentar e crescer utilizando a carga orgânica que entra nas estações de tratamento.
  2. Outra razão é mais difícil de perceber do que no item anterior, pois ela está relacionada aos aspectos ligados a corrosão e incrustação dentro da estação.
    • CORROSÃO: Podem ocorrer corrosão e desgaste nos tanques de concreto e sistemas que não se encontram preparados para entrar em contato com efluentes muito ácidos ou básicos. Os efeitos de degradação no contato dos equipamentos com efluente muito ácido ou alcalino não são imediatamente visíveis, mas ao longo do tempo aparecerão problemas que aumentam a necessidade de manutenção. Percebe-se que a corrosão ocorre, mesmo quando o pH do efluente encontra-se aparentemente controlado e em áreas que não entram diretamente em contato com o efluente. Esse fato se deve as altas concentrações de sais inorgânicos e a presença de oxigênio. Valores de pH fora de uma faixa de 6 a 8 somente vão acelerar essa corrosão. Seguem algumas fotos exemplares deste tipo de problema:
    • fig 1 ph2 - david

 

  • INCRUSTAÇÃO: Incrustações e depósitos de sólidos podem ocorrer em vários locais, e nem sempre eles são facilmente identificados. Os depósitos frequentemente são de carbonato de cálcio em uma forma dura e pouco solúvel, similar à incrustação que ocorre em caldeiras.

A característica de incrustação por carbonato de cálcio é muito semelhante para a química necessária para a manutenção adequada de água de caldeira e de tratamento utilizando o Índice Langelier para água limpa. Uma vez que o índice está corretamente ajustado em relação com o pH, alcalinidade, o carbonato de cálcio irá permanecer em solução e a água será estável, isto é, sem precipitado de carbonato de cálcio.”  [3]

  • Essa incrustação pode ocorrer dentro das caneletas e de tubulações como pode ser visualizado nas fotos apresentadas a seguir:

fig 2 ph2 - david

 

  • Também a incrustação pode ocorrer dentro e fora das membranas de aeração como pode ser visualizado nas fotos apresentadas a seguir:

fig 3 ph2 - david

Qual é a faixa ideal de controle do pH na saída de um tanque de neutralização?

Como já foi comentado anteriormente, os valores de pH normalmente são monitorados de forma continua na entrada e na saída de um sistema de neutralização. Mas, alguém poderia achar que a faixa operacional “ideal” para um efluente na entrada de um tanque de aeração de lodo ativado deveria ser de 7,36 e 7,42. Na prática, essa faixa na entrada de um sistema de aeração não é muito fácil de ser mantida, também não é necessária, e em alguns casos, nem é desejável. Pela experiência do autor, nas fábricas modernas de celulose a faixa utilizada para o controle do pH é maior e menos precisa, sendo comum utilizar-se uma faixa de 6 a 7,5 de pH, e um set-point de 6,5 ou até 6,3.

É possível utilizar essa faixa de controle menos restritiva na saída do sistema de neutralização devido ao efeito tampão que ocorre dentro do tanque de aeração. A ação biológica em conjunto com a concentração dos sais no efluente, mais a presença do efeito “Sistema Tampão” permite um ajuste “automático” do pH dentro do tanque de aeração para um valor mais natural, ou seja, por volta de 7,3 a 7,4. Observa-se, que operacionalmente não é comum medir, monitorar ou mesmo tentar controlar o valor de pH dentro do tanque de aeração. O controle do valor de pH deverá ocorrer antes do efluente entrar no tanque de aeração.

Pode-se perguntar: Como podem os valores de pH do efluente que estão dentro do tanque e saem do mesmo ficarem diferentes do valor de pH do mesmo efluente que está constantemente entrando? Exemplificando esse fenômeno numericamente pergunta-se novamente: se o pH do efluente que entra no tanque de aeração é ajustado e controlado para um valor de 6,5, como o efluente pode sair constantemente do mesmo tanque com um valor de 7,4? Para responder essa questão apresenta-se a seguinte explicação. A ação biológica devido à presença das bactérias que crescem dentro do tanque de aeração e geram gás carbônico, juntamente com o efeito tampão exercido pela presença dos sais inorgânicos no efluente propicia a mudança de pH. Mas, também deve ser lembrado que é mínimo o tamanho de ajuste que ocorre na quantidade de íons H+ e OH presentes no efluente quando o pH está próximo do valor 7 .

Adicionalmente, em muitos casos, pode ser desejável utilizar um set-point de pH menor de 7, de preferência menor de 6,5 com o intuito de controlar a índice de Langelier e minimizar a tendência de incrustação por carbonato de cálcio carbonato no tanque de aeração.

Alguns problemas e dificuldades no controle do pH na saída do tanque de neutralização.

  1. Uma dificuldade no controle de pH deriva-se da relação entre três aspectos: (1) a velocidade da reação química de neutralização, (2) a concentração do álcali sendo utilizado e (3) a concentração do ácido no efluente.
    • O tempo de permanência do efluente no tanque de neutralização pode ser insuficiente, por exemplo, quando a vazão do efluente é maior do que o máximo permitido no projeto do volume do tanque;
    • O leite de cal, frequentemente utilizado para neutralizar o efluente ácido, é uma suspensão de Cal em água que poderá ter sua concentração abaixo do projeto que envolve o sistema de neutralização. Ainda mais, a solubilidade de Cal em água não ocorre rapidamente, existindo uma certa demora para o álcali poder reagir com o ácido;
    • A concentração ácida no efluente poderá ser maior do máximo permitido no projeto do sistema de neutralização.
  2. Outra dificuldade no controle de pH deriva das perdas de produtos químicos nas diversas áreas da uma fábrica de celulose. Essas perdas podem ser propositais ou acidentais. Quando elas são maiores do que a capacidade do sistema de correção do pH, não será possível efetuar de forma eficiente as dosagens necessárias de ácido ou de álcali.
    1. As perdas acidentais podem ser do tipo de transbordamentos de tanques de licor (branco ou negro). Essas perdas acontecem em conjunto com falhas no sistema de contenção das áreas dos tanques. Essa situação pode acontecer, por exemplo, durante uma falta generalizada de energia elétrica na fábrica.
    2. As perdas propositais podem ser resultantes de uma situação de desbalanceamento nos volumes disponíveis de tanques de estocagem. Essa situação pode ocorrer particularmente durante o início de paradas gerais para manutenção ou de recomeço da produção de celulose.

Conclusões

Nesta parte 2 foram tratados os assuntos:

  • Por que é necessário controlar o pH?
  • Qual é a faixa ideal de controle do pH na saída de um tanque de neutralização?
  • Alguns problemas e dificuldades no controle do pH na saída do tanque de neutralização.

O próximo trabalho focalizará a variável temperatura no processo de tratamento de efluente em uma fábrica de celulose.

David * David Meissner é dono da empresa DCMEvergreen: Environmental Consulting Services. Ele é formado em Química na Michigan State University, East Lansing, (Mi USA) e Mestrado em Química Orgânica pelo ITA-CTA, São José dos Campos (SP Brasil).

 

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Sobre o Autor
David Meissner - Trat. Efluentes
David Meissner - Trat. Efluentes
É dono da empresa DCMEvergreen Environmental Consulting Services. É formado em Química na Michigan State University, East Lansing, (Mi USA) e Mestrado em Química Orgânica pelo ITA-CTA, São José dos Campos (SP Brasil).
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