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

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

I­ntrodução

24/04/2015 – Neste trabalho pretendo apresentar algumas ideias para que o leitor possa obter um melhor entendimento sobre a variável pH, e as formas como ela pode ser monitorada e controlada em uma estação de tratamento de efluentes. Acho que a variável pH em si não é tão complicada. Porém, para mim, no conjunto com outras variáveis ela se torna difícil de entender. Mesmo atualmente, refletindo e estudando a variável pH eu ainda encontro dificuldades em dominar o assunto, particularmente porque ao interagir com outras variáveis os resultados são complicados. Portanto, espero que as informações que irei apresentar a seguir não sejam simplificadas demais. Tentarei incluir alguns estudos detalhados que podem servir como referência para que o leitor possa esclarecer eventuais dúvidas.

Para entender a importância de controlar o pH de um efluente antes de seu tratamento biológico, primeiro é preciso apreender o que é a variável pH e como ela é medida. Assim, segue o esquema do trabalho:

Parte 1 – Aborda os seguintes assuntos:

  • Algumas Definições e Conceitos Básicos
  • Um exemplo simplificado de como se pode medir e controlar o pH

Parte 2 – Aborda os seguintes 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 1: Algumas Definições e Conceitos Básicos

O símbolo pH representa uma medição físico-química do potencial hidrogeniônico, que indica a acidez, neutralidade ou alcalinidade de uma solução aquosa.[1]

A medição de pH utiliza de uma escala logarítmica, por exemplo, uma mudança de um pH de 3 para 4, implica em 10 vezes menos íons (para ser exato, prótons) de H+. Uma mudança no pH de 3 para 7 implica em uma concentração de íons H+ 10.000 menor. Observa-se que quanto menor o valor numérico de pH 7, maior será a concentração de íons H+. De modo contrário, quanto maior de pH 7, maior será a concentração de íons OH.

Por exemplo, para uma solução com pH 7,0 encontra-se uma neutralidade total da solução e uma ausência completa de íons H+ e de íons OH. Neste caso vamos encontrar somente água, H20.

Um instrumento chamado pHmetro[2] é utilizado para quantificar a presença dos íons H+ e de íons OH. No exemplo da solução com um pH 7, temos a pior situação para efetivar medições, pois, em essência o instrumento estará tentando medir “nada”. Portanto, a medição de pH em uma solução na qual ela esteja próxima de 7 é muito mais difícil de medir, do que em uma solução de pH 3 ou de pH 10. Informações mais detalhadas podem ser encontradas na internet[3][4].

Outro conceito importante no controle do pH é o que se chama “Sistema Tampão”. Esse conceito explica o efeito que acontece dentro de soluções ou suspensões, onde se encontram: “ácidos e bases fracos que limitam as variações do pH de um meio ao qual foram adicionados ácidos ou bases fortes.” [5] Outras informações podem ser encontradas nos trabalhos indicados a seguir: “pH e Tampões”  [6] e na excelente referência do Professor Ivano Gebhardt Rolf Gutz[7].

Finalmente, o índice Langelier precisa ser levado em consideração. Sua definição consiste:

“El Índice de Langelier es un índice para calcular el caracter incrustante o agresivo del agua y tiene que ver con los diversos equilibrios en el agua del anhidrido carbónico, bicarbonato-carbonatos, el pH, la temperatura, la concentración de calcio y la salinidad total. Es importante para poder controlar la incrustación o la corrosión en las redes de distribución del agua ….. El Índice de Langelier se usa para determinar el equilibrio del agua:

Si el índice es 0: el agua está perfectamente equilibrada.

Si el índice es negativo: indica que el agua es corrosiva.

Si el índice es positivo: indica que el agua es incrustante.”[8]

O índice Langelier é frequentemente utilizado no controle de água de alimentação de caldeiras. Em condições normais, este índice não é muito utilizado na operação de estações de tratamento de efluente nas indústrias de celulose. Todavia, é um conceito que também, pode ser útil no monitoramento e controle de efluentes e onde existem problemas de incrustações significativas.

Um exemplo simplificado de como se pode medir e controlar o pH

  1. Seguem quatro figuras que são inclusos com o intuito de apresentar um exemplo, de um sistema de controle de pH numa planta moderna de celulose.
    • A primeira figura permite visualizar a localização dos tanques dentro de uma área de tratamento primário de efluente bruto.

Figura 1

fig 1 ph- david

  • A figura 2 a seguir permite a visualização das entradas, fluxos e saída do efluente ao longo dos tanques e a localização dos misturadores. Observa-se, que o efluente bruto da área de branqueamento entra no tanque A . Em geral ele é fortemente ácido. Este efluente já é resultado de um processo de filtração e, portanto, não deverá conter sólidos suspensos. Neste mesmo tanque A, o efluente bruto ácido sofre um processo de neutralização parcial, normalmente efetuado com leite de cal. O resto do efluente bruto da área fabril já clarificado entra no tanque B. Normalmente este efluente é alcalino, e ajuda na neutralização do efluente vindo do tanque A.

Figura 2

fig 2 ph - david

  • Na terceira figura pode ser visualizada a localização dos pontos de adição de leite de cal, soda caustica e ácido sulfúrico e suas válvulas automáticas. Observa-se que em condições normais de operação de plantas de celulose modernas, a balança iônica dos efluentes é tal, que não existe a necessidade de dosar o ácido sulfúrico. Porém, o uso deste ácido poderá ser necessário no caso de uma parada na área de branqueamento ou, eventualmente, quando acontecem perdas excessivas de álcali.

Figura 3

  • fig 4 ph - davidNa quarta figura, a localização dos pontos de medição de pH pode ser visualizada. Normalmente, existe um sistema de monitoramento e controle de uma forma contínua entre os pontos de medição do pH e as válvulas automáticas de dosagem dos produtos como: o leite de cal, o hidróxido de soda e o ácido sulfúrico. É importante notar que o ponto de medição do pH do efluente neutralizado encontra-se localizado no final do tanque de neutralização, longe do ponto de adição normal do leite de cal. Isso se faz necessário para que o leite de cal (CaO em suspensão) tenha um tempo necessário para reagir com os ácidos presentes no efluente. Normalmente, um sistema deste tipo de controle de pH é automatizado e os ajustes são aplicados numa forma muito específica (caso a caso). Também, o controle é implementado de forma flexível, permitindo a intervenção dos operadores. Além de permitir a troca de leite de cal por hidróxido de soda ou até por ácido sulfúrico, as quantidades ao longo do tempo destes produtos poderão ser alteradas manualmente. Também, as faixas operacionais de controle do pH dentro dos tanques A e B poderão ser alteradas, conforme as exigências da situação da planta em questão.

Figura 4

fig 3 ph - david

Conclusões

Na parte 1, do presente trabalho foram apresentadas algumas definições e conceitos básicos, incluindo: o pH, pHmetro, Sistema Tampão, e o índice Langelier.

Foi demonstrado por meio de um exemplo simplificado como se pode medir e controlar o pH. Discutiu-se, também, um sistema para a neutralização de efluentes como parte do tratamento primário de uma estação de tratamento de efluentes em uma fábrica de celulose moderna. Foram localizados de forma esquemática as entradas e as saídas dos vários tanques, incluindo as misturadoras que compõe o sistema de neutralização. Esquematicamente, foram indicados os pontos de adição dos produtos químicos e a localização dos medidores de pH.

Anexo

fig 5 ph - david

 

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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