Muitas pessoas não têm certeza sobre isso, e mesmo profissionais experientes muitas vezes têm uma compreensão nebulosa. PAC, PAM, PFS, hipoclorito de sódio, inibidores de incrustações, agentes desfluorantes, fontes de carbono... os nomes são difíceis de lembrar, as funções ficam confusas e os produtos químicos são frequentemente dosados aleatoriamente-adicionados quando não deveriam, ou omitidos quando necessário. Não é que os operadores não sejam inteligentes; é simplesmente que ninguém nunca resolveu tudo claramente para eles.
O desafio dos produtos químicos para tratamento de água reside na sua grande variedade: existem muitos tipos, alguns servem a múltiplos propósitos e as convenções de nomenclatura variam. Quando vários são usados juntos, o problema não é apenas esquecê-los-é misturá-los. Hoje, vamos decompô-los sistematicamente.
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Coagulantes e Floculantes: A Dupla Dinâmica do Tratamento Físico-Químico
Uma desestabiliza, as outras pontes-não as misturam.
Esses dois tipos de produtos químicos são quase sempre usados juntos, mas suas funções são completamente diferentes; não os confunda.
Os coagulantes controlam a desestabilização: eles neutralizam a carga superficial das partículas coloidais na água, fazendo com que partículas finas-que de outra forma permaneceriam suspensas-se agrupem em minúsculos "micro-flocos". Os floculantes lidam com a formação de pontes: eles unem esses minúsculos micro-flocos em flocos grandes e pesados que podem sedimentar ou ser desidratados de forma eficaz.
Um deles neutraliza a carga nas superfícies das partículas para que elas não se repelam mais; o outro usa polímeros de cadeia longa-para unir as partículas desestabilizadas. A ordem de adição também é importante: a desestabilização deve vir antes da ponte; reverter a ordem praticamente não produz resultados.
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Escolhendo entre três tipos de coagulantes
Escolha PAC para remoção rotineira de turbidez; escolha agentes-à base de ferro para remoção de fósforo.
Existem três coagulantes comumente usados.
PAC (Cloreto de Polialumínio): Econômico, eficaz na remoção de turbidez e adaptável a uma ampla faixa de pH. Adequado para águas residuais municipais e industriais, é a escolha certa-para operações de rotina. PFS (sulfato poliférrico): oferece capacidade de remoção de fósforo mais forte do que o PAC e produz flocos densos e de{3}sedimentação rápida. É a escolha preferida para águas residuais com alto teor de-fósforo, como aquelas provenientes de matadouros, fábricas de papel e fábricas de produtos químicos de fósforo. Cloreto Férrico: Altamente eficaz na coagulação e remoção de fósforo, mas altamente corrosivo. Requer medidas anti{8}}corrosão para equipamentos e geralmente não é a primeira escolha, embora seja usado em cenários específicos. Para remoção rotineira de turbidez, escolha PAC; para remoção especializada de fósforo, escolha coagulantes-à base de ferro-esta regra raramente falha. Algumas plantas lutam para reduzir os níveis de fósforo enquanto ainda usam PAC; mudar para um produto-à base de ferro produz resultados imediatos. Não é que o PAC seja ineficaz; simplesmente não é a ferramenta certa para esse trabalho específico.
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O Floculante Central: PAM
Use Aniônico para Auxiliar de Sedimentação; Use catiônico para desidratação
O floculante principal é o PAM (poliacrilamida). Ele vem em três tipos baseados em carga iônica, cada um com aplicações distintas.
O PAM aniônico é mais eficaz para águas residuais com altos níveis de lodo e matéria inorgânica-ideal para água de lavagem de carvão, águas residuais de cerâmica e auxílio à sedimentação em tanques de decantação primária. O PAM catiônico carrega carga positiva e é especializado na desidratação de lodos; adicioná-lo antes de um filtro-prensa melhora a liberação de água, reduzindo potencialmente o teor de umidade do lodo de 97% para menos de 80%. O PAM não{5}}iônico tem uma faixa de aplicação restrita e raramente é usado.
Lembre-se: use aniônico para auxiliar na sedimentação e catiônico para desidratação. No entanto, há uma armadilha com o PAM: escolher o peso molecular ou o grau iônico errado leva a resultados muito diferentes. Mesmo entre produtos PAM catiônicos, diferenças no peso molecular (por exemplo, 8 milhões vs. 12 milhões) ou grau iônico (por exemplo, 20 vs. 40) podem causar variações significativas no teor de umidade da torta de lodo resultante. Diferentes qualidades de água exigem testes em escala-de bancada para seleção adequada; não espere que um único tipo de PAM funcione para todas as situações.
Já vi muitas fábricas onde o desempenho do PAM flutuou após a troca de marca, apenas para descobrir que o grau iônico diferia do lote anterior. Portanto, ao mudar de fornecedor, não se concentre apenas no preço-garanta que os parâmetros de peso molecular e grau iônico correspondam às suas necessidades.
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Fontes de Carbono: Combustível para Sistemas de Desnitrificação
Quatro tipos de fontes de carbono: prós e contras
Na desnitrificação, se a fonte de carbono for insuficiente, as bactérias passam fome e os níveis totais de nitrogênio não diminuem. Este é um problema comum. As plantas com uma proporção afluente adequada de carbono-para{3}}nitrogênio (C/N) não precisam adicionar mais, mas as plantas de águas residuais industriais com baixas proporções C/N quase sempre exigem suplementação.
Cada uma das quatro fontes de carbono tem as suas próprias vantagens e desvantagens. Anteriormente, escrevi uma análise comparativa-"Fontes de metanol, acetato de sódio, glicose ou carbono composto: quais você deve escolher para desnitrificação?"-mas aqui está um breve resumo. O metanol oferece a maior equivalência de carbono e o menor custo, mas como um produto químico perigoso de Classe A, seu armazenamento e transporte exigem aprovação de segurança contra incêndio-uma barreira que as pequenas fábricas muitas vezes não podem se dar ao luxo de eliminar. O acetato de sódio apresenta altas taxas de utilização e não requer período de adaptação durante a troca, o que o torna uma excelente escolha para controle de precisão; no entanto, cristaliza e entope canos no inverno, causando dores de cabeça nas plantas das regiões norte. A glicose é segura, mas tem-ação lenta; não deve ser escolhido se o tempo de retenção hidráulica no tanque for insuficiente. Fontes compostas de carbono, formuladas a partir de múltiplos componentes, oferecem alta eficiência de utilização em diversas populações microbianas; eles se destacam em condições de baixa-temperatura, são seguros e não{10}}cristalizantes e são adequados para dosagem estável-de longo prazo.
Ao selecionar uma fonte de carbono, considere três fatores: posse de qualificações químicas perigosas, flutuações na temperatura da água no inverno e volume de tratamento. Se qualificado, o metanol é a escolha mais económica; sem qualificações, o acetato de sódio é suficiente se a temperatura da água permanecer acima de 15 graus durante todo o ano-. No entanto, se as temperaturas no inverno caírem abaixo de 12 graus, as fontes compostas de carbono-que oferecem alta utilização em baixas-temperaturas e não cristalizam-podem, na verdade, resultar em custos gerais mais baixos do que o acetato de sódio.
Há muito o que discutir em relação às fontes de carbono, mas como esse tema foi abordado exaustivamente em artigos anteriores, não vou repeti-lo aqui.
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Especialistas em Tratamento Avançado
Implantado apenas para parâmetros específicos que excedem os limites
As duas primeiras categorias são utilizadas por quase todas as estações de tratamento de águas residuais. Esta categoria é diferente-ela é implantada apenas para abordar parâmetros específicos que excedem os limites de descarga.
Agentes de remoção de flúor: são usados principalmente para águas residuais-contendo flúor de indústrias como fotovoltaica, eletrônica, semicondutores, mineração e metalurgia, além de produtos químicos de fósforo. A maioria das plantas que tratam águas residuais-carregadas de flúor empregam um processo de remoção-de dois{3}}estágios: um estágio inicial de precipitação com sal de cálcio reduz os níveis de flúor para 20–30 mg/L, seguido por um estágio de polimento usando agentes especializados de remoção de flúor para reduzir os níveis abaixo de 2 mg/L. A etapa do sal de cálcio apresenta desafios em relação ao alto volume de lodo e ao difícil controle do pH, enquanto a etapa do agente especializado depende da seleção da dosagem correta e do ajuste do pH de volta à faixa apropriada. Quando os dois estágios estão bem-integrados, o custo geral é menor do que o método do sal de cálcio puro e o volume de lodo pode ser reduzido pela metade. Analisei isso detalhadamente em artigos anteriores, então vou deixar por isso mesmo por enquanto.
Agentes quelantes de metais pesados: Estes têm como alvo metais pesados como mercúrio, chumbo, cobre, níquel e cromo encontrados em águas residuais de galvanoplastia, fabricação de placas de circuito e operações de mineração. O mecanismo envolve grupos quelantes dentro do agente formando precipitados estáveis com íons de metais pesados, capturando efetivamente os metais pesados da água. Em comparação com o método tradicional de precipitação com hidróxido, os agentes quelantes de metais pesados oferecem diversas vantagens: uma ampla faixa de pH eficaz (eles não são tão sensíveis ao pH-como a precipitação alcalina), eficácia contra metais pesados complexados (enquanto a precipitação com hidróxido é amplamente ineficaz contra cobre ou níquel complexados) e a produção de lodo estável em quantidades menores que não se dissolvem facilmente.
No entanto, observe que esses agentes não são uma panacéia-para tudo; diferentes metais pesados requerem diferentes tipos de agentes quelantes. Como as condições de quelação para cobre, níquel e cromo são diferentes, testes em escala-de bancada são necessários para verificar a escolha. A dosagem também deve ser precisa: a sub-dosagem faz com que o efluente exceda os limites de descarga, enquanto a super-dosagem desperdiça dinheiro em produtos químicos.
Os agentes descolorantes são amplamente utilizados na impressão têxtil, tingimento e tratamento de águas residuais da fabricação de papel; eles são tipicamente polímeros de amônio quaternário que rapidamente estabelecem a cor. Como este não é o nosso foco principal, iremos apenas mencioná-lo brevemente.
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Produtos químicos-de suporte do sistema
Eles não tratam os poluentes diretamente, mas são indispensáveis.
Estes tipos de produtos químicos não tratam diretamente os poluentes, mas são essenciais para o funcionamento normal do sistema.
Os inibidores de incrustação são indispensáveis para membranas RO e sistemas de circulação de água. Os íons de cálcio e magnésio podem formar incrustações que obstruem os poros da membrana; inibidores de incrustação evitam que esses sais cristalizem e precipitem. Organofosfonatos (como HEDP e ATMP) são eficazes contra incrustações de carbonato de cálcio, enquanto polímeros (como PAA) funcionam bem contra incrustações de sílica e ferro. Siga as recomendações do fabricante da membrana ao selecionar um inibidor; não faça escolhas arbitrárias.
Os biocidas evitam a proliferação de bactérias e algas nas superfícies das membranas e nas tubulações. Biocidas oxidantes (por exemplo, hipoclorito de sódio, dióxido de cloro) têm ação rápida-e são baratos, mas se esgotam rapidamente, exigindo dosagem contínua. Biocidas não-oxidantes (por exemplo, isotiazolinonas, sais de amônio quaternário) oferecem efeitos mais-duradouros e são menos afetados pelo pH. A experiência prática sugere alternar entre tipos oxidantes e não{10}oxidantes; depender de apenas um tipo pode levar à resistência microbiana, tornando ineficazes até mesmo altas dosagens.
Ajustadores de pH: O hidróxido de sódio é a opção mais limpa para aumentar o pH, enquanto a cal é barata, mas produz lama significativa; ácido clorídrico ou sulfúrico é usado para diminuir o pH e também é empregado na limpeza de membranas. Eles podem ser usados durante todo o processo, mas evite ajustes aleatórios-antes de alterar o pH, considere claramente o motivo, o nível alvo e se o ajuste afetará os processos posteriores.
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Um produto químico, múltiplos usos; uma substância, vários nomes
Uma mudança na etapa do processo significa uma mudança na função
A sala de dosagem de produtos químicos abriga vários "multitarefas"-o mesmo produto químico executa funções totalmente diferentes dependendo da etapa do processo. É também aqui que surge a confusão com mais frequência no-local.
O limão é um exemplo clássico. É usado para ajuste de pH, remoção de flúor, amaciamento de água e como auxiliar na remoção química de fósforo. Ele aparece tanto no estágio de tratamento físico-químico quanto no estágio de tratamento avançado, mas os níveis de dosagem diferem em ordens de grandeza, portanto não é possível simplesmente copiar-colar as configurações de dosagem. O sulfato ferroso é semelhante; embora seja principalmente um coagulante, também remove o fósforo e a cor. Sob condições ácidas, ele reduz o cromo hexavalente em cromo trivalente-uma etapa crucial no tratamento de águas residuais de galvanoplastia carregadas de cromo-. O hipoclorito de sódio é usado não apenas para esterilização e desinfecção, mas também para descoloração, destruição de cianeto (sob condições alcalinas) e limpeza de membranas e tubulações.
Discrepâncias nas convenções de nomenclatura causam ainda mais confusão. Pessoas diferentes usam nomes diferentes para a mesma substância: PAC significa Cloreto de Polialumínio, embora alguns se refiram a ele como Cloreto de Alumínio Básico; álcali líquido, soda cáustica e hidróxido de sódio referem-se todos à mesma coisa; carbonato de sódio é carbonato de sódio; PAM significa Poliacrilamida, que é ainda categorizada em tipos aniônicos, catiônicos e não{1}}iônicos. As “fontes compostas de carbono” são o exemplo mais típico; fornecedores diferentes usam nomes comerciais e formulações diferentes, portanto o nome por si só revela pouco.
Portanto, não memorize os produtos químicos pelo nome; memorizá-los pela função que desempenham no sistema. Se o mesmo produto químico for utilizado em uma etapa diferente do processo, os parâmetros de dosagem e controle mudarão completamente; inversamente, dois produtos com o mesmo nome podem não partilhar necessariamente a mesma composição. Quando houver uma incompatibilidade entre os pedidos de compra e a realidade-no local, esclareça exatamente o que é a substância e o que ela pretende fazer antes de discutir o preço.
08
Concluindo com uma tabela de resumo
Referência rápida para oito categorias de produtos químicos
Coagulantes: Os produtos representativos incluem PAC, PFS e cloreto férrico. Suas principais funções são desestabilizar partículas para formar flocos, bem como remover turbidez e fósforo. Cenários de aplicação típicos incluem tanques de sedimentação primária e remoção avançada de fósforo.
Floculantes: Produtos representativos incluem PAM (aniônico/catiônico). Suas funções principais são unir partículas em grandes flocos e auxiliar na sedimentação e desidratação. Cenários de aplicação típicos incluem tanques de sedimentação e filtros-prensa. Fontes de carbono: Os produtos representativos incluem metanol, acetato de sódio e fontes compostas de carbono. Sua função principal é complementar o carbono para promover a desnitrificação (remoção de nitrogênio), normalmente usada em tanques anóxicos.
Agentes desfluorantes: Produtos representativos incluem sais de cálcio e agentes desfluorantes especializados. Sua função principal é a remoção profunda de flúor em estágios de tratamento secundário, normalmente usados para águas residuais de fabricação fotovoltaica e eletrônica.
Precipitantes de metais pesados: Os produtos representativos incluem precipitantes quelantes. Sua função principal é capturar metais pesados e formar precipitados estáveis, normalmente usados para galvanoplastia e fabricação de placas de circuito de águas residuais.
Anti-incrustantes: Os produtos representativos incluem HEDP e PAA. Sua função principal é evitar incrustações em membranas e tubulações, normalmente usadas em sistemas RO e sistemas de água circulante.
Biocidas: Produtos representativos incluem hipoclorito de sódio e isotiazolinonas. Sua função principal é a esterilização e inibição de algas, normalmente usada em sistemas de membrana e sistemas de circulação de água.
Ajustadores de pH: Produtos representativos incluem soda cáustica líquida (NaOH), ácido clorídrico e cal. Sua principal função é ajustar os níveis de pH, aplicáveis em todas as etapas do processo.
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Três Princípios para Seleção Química
Primeiro, realize testes de{0}escala de bancada · Calcule os custos totais · Considere o processo
Primeiro, realize testes de escala-de bancada antes de expandir. A qualidade da água afeta significativamente o desempenho dos produtos químicos; A dosagem de PAC, por exemplo, pode variar de 50 a 300 mg/L-como você pode saber sem testar? Não dê ouvidos apenas à “dosagem típica” de um fornecedor; o seu "típico" não é igual ao deles.
Em segundo lugar, calcule os custos totais e não apenas os preços unitários. Produtos químicos caros podem exigir dosagens mais baixas e oferecer desempenho estável, resultando potencialmente em um custo menor por tonelada de água tratada. Por outro lado, produtos químicos baratos podem exigir dosagens altas ou gerar resultados ruins,-levando a retrabalho e custos gerais mais elevados.
Terceiro, certifique-se de que os produtos químicos correspondam ao processo. A flotação por ar dissolvido (DAF) requer flocos leves, enquanto a sedimentação requer flocos pesados, o que significa que a seleção de PAC e PAM difere completamente. Os sistemas bioquímicos são sensíveis à toxicidade química; nunca adicione oxidantes fortes aos tanques bioquímicos. Para sistemas de membrana, consulte a lista de compatibilidade do fabricante ao selecionar anti-incrustantes e biocidas; o uso de produtos químicos incompatíveis pode danificar as membranas.
Esses três princípios parecem simples, mas menos da metade de todas as plantas realmente os seguem-a maioria só pensa em fazer testes depois que surge um problema, muitas vezes descobrindo tarde demais que estavam usando os produtos químicos errados o tempo todo. Três Princípios para a Seleção de Produtos Químicos
Realize testes-de pequena escala antes de aumentar a dosagem (as dosagens de PAC podem variar de 50 a 300 mg/L; você não saberá a quantidade certa sem testar). Calcule os custos totais em vez dos preços unitários (produtos químicos caros podem exigir dosagens mais baixas e oferecer desempenho estável, resultando em um custo menor por tonelada de água tratada). Certifique-se de que os produtos químicos correspondam ao processo (a flotação com ar dissolvido requer flocos leves, a sedimentação requer flocos pesados e os sistemas de membrana exigem a verificação das listas de compatibilidade).
Considerações Finais
Os produtos químicos podem parecer complexos, mas tornam-se claros quando categorizados por função: a fase físico-química depende da coagulação e da floculação; a fase bioquímica depende de fontes de carbono; o estágio avançado de tratamento depende de especialidades químicas; e estes são complementados por inibidores de incrustações, biocidas e ajustadores de pH. O verdadeiro desafio não é memorizar nomes, mas determinar exatamente qual produto químico se adapta à qualidade específica da água e ao desempenho-do processo pode variar drasticamente entre o mesmo tipo de produto químico de diferentes fabricantes. Portanto, não economize: execute testes-de pequena escala, calcule os custos totais e avalie a compatibilidade do processo. Seguir diligentemente essas três etapas pode evitar muito retrabalho no futuro.
