O tratamento de águas residuais na indústria metalúrgica requer soluções eficientes e fiáveis, de modo a cumprir os requisitos legais do Anexo 40 da Portaria sobre Águas Residuais e, ao mesmo tempo, garantir um funcionamento económico e estável. As instalações químico-físicas (CP) (também conhecidas como instalações de precipitação e floculação) desempenham aqui um papel fundamental, uma vez que constituem um método eficiente e adaptável para o tratamento de águas residuais industriais com diferentes níveis de contaminação.
Neste artigo, explicamos como funcionam os sistemas CP, analisamos os requisitos especiais para a remoção de metais pesados e emulsões e destacamos os contaminantes típicos dos fluxos de águas residuais da indústria metalúrgica.
Índice
Funcionalidade dos sistemas de PC
As estações de tratamento de águas residuais baseiam-se numa combinação de processos químicos e físicos que funcionam em conjunto para remover os poluentes das águas residuais. Essencialmente, o tratamento é efectuado em várias etapas:
- Pré-tratamento: Envolve a separação de impurezas grosseiras, sólidos e óleos. São frequentemente utilizados processos mecânicos, tais como crivos, separadores de gorduras ou tanques de sedimentação.
- Neutralização: As águas residuais que são ácidas ou alcalinas são ajustadas a um valor de pH neutro através da adição de ácidos ou álcalis. Isto é importante para as etapas de tratamento seguintes.
- Precipitação e floculação: Nesta fase, os poluentes dissolvidos são convertidos numa forma insolúvel. Os aditivos de processo baseados em sais metálicos e ácidos/alcalis(aditivos de processo ALMA AQUA para tratamento de águas residuais) são adicionados para causar a precipitação de metais pesados como hidróxidos ou sulfuretos. Estas partículas insolúveis são então reunidas por floculantes para formar aglomerados maiores que podem ser separados mais facilmente.
- Separação: As lamas e os flocos resultantes são separados através de processos físicos como a sedimentação, a flotação ou a filtração. As tecnologias típicas são as prensas de filtro de câmara ou os filtros de cinta, que desidratam as lamas e as transformam num bolo de filtro sólido.
- Pós-tratamento: Em regra, a purificação final é efectuada com filtros de carvão ativado, permutadores de iões ou osmose inversa, a fim de reduzir a contaminação residual para os limites legais.
Foto: O nosso sistema CP ALMA CHEM MCW como sistema descontínuo com descontaminação de cianeto
Origem das águas residuais na indústria metalúrgica
A indústria metalúrgica é um dos sectores-chave que produz quantidades significativas de águas residuais industriais. Estas águas residuais são geradas em vários processos e áreas de trabalho e estão normalmente muito contaminadas com vários poluentes. Estes poluentes têm de ser especificamente tratados antes de as águas residuais poderem ser descarregadas no ambiente. As várias fontes e tipos de águas residuais produzidas na indústria metalúrgica são descritas em mais pormenor abaixo.
1. processos galvânicos (águas residuais galvânicas)
Os processos de galvanoplastia, nos quais são aplicados revestimentos metálicos em peças de trabalho, produzem águas residuais que estão particularmente contaminadas com metais pesados como o crómio, o níquel, o cobre, o zinco e o cádmio. Na galvanoplastia são utilizados vários banhos, tais como banhos de decapagem, de desengorduramento e de electrólitos, cujas águas residuais também contêm produtos químicos, tais como ácidos, álcalis e agentes complexantes. Estas águas residuais devem ser objeto de um tratamento especial para precipitar os metais pesados e decompor outros compostos químicos.
2. a decapagem
As instalações de decapagem são operações que removem as camadas de óxido e sujidade dos metais, mergulhando-os em soluções ácidas. Isto produz águas residuais de decapagem que contêm elevadas concentrações de ácidos, em particular ácido sulfúrico, ácido clorídrico e ácido fosfórico. Além disso, estas águas residuais contêm frequentemente metais dissolvidos e contaminantes orgânicos. Estas águas residuais ácidas têm de ser neutralizadas e os metais nelas dissolvidos têm de ser removidos antes de poderem ser descarregadas.
3. operação de anodização
As instalações de anodização, que são utilizadas para refinar o alumínio, produzem águas residuais que estão fortemente contaminadas com ácido sulfúrico e sais de alumínio. Durante o processo de anodização, o alumínio é oxidado numa solução ácida, resultando em águas residuais com um elevado teor de ácido e iões metálicos dissolvidos. Estas águas residuais requerem uma neutralização completa e a precipitação dos iões metálicos.
4. polimento
Nas fábricas de oxidação negra, onde os metais recebem um revestimento escuro e resistente à corrosão através de tratamento químico, são produzidas águas residuais que contêm produtos químicos orgânicos e metais pesados. Estas águas residuais são frequentemente muito alcalinas ou ácidas e requerem um tratamento extensivo para neutralizar e remover os metais pesados.
5. galvanização e estanhagem por imersão a quente
As instalações de galvanização e estanhagem por imersão a quente produzem águas residuais que contêm principalmente compostos de zinco e estanho, bem como ácidos. Estas águas residuais são produzidas durante o tratamento de superfície dos metais, que são protegidos por imersão em banhos líquidos de zinco ou estanho.
6. oficina de endurecimento
As oficinas de endurecimento, onde os metais são endurecidos por tratamento térmico e processos químicos, produzem águas residuais que estão contaminadas com óleo, emulsões e produtos químicos como cianetos e nitritos. Estas águas residuais são particularmente difíceis de tratar, uma vez que contêm poluentes orgânicos e inorgânicos que exigem um tratamento complexo em várias fases.
7. produção de placas de circuitos impressos
O fabrico de PCB, um sector importante da indústria eletrónica, produz águas residuais que contêm cobre, chumbo, estanho e outros metais pesados, bem como ácidos e álcalis. Estas águas residuais devem ser cuidadosamente tratadas para remover os metais pesados e neutralizar os ingredientes químicos.
8. produção de pilhas
A produção de baterias produz águas residuais que estão fortemente contaminadas com metais pesados como o chumbo, o mercúrio e o cádmio, bem como com ácidos. Estas águas residuais requerem um tratamento em várias fases para remover com segurança os metais pesados extremamente tóxicos e os ácidos. São frequentemente utilizadas combinações de processos de sistemas CP e permutadores de iões selectivos (ALMA ION).
9. operação de esmaltagem
As instalações de esmaltagem que revestem metais com uma camada de vidro produzem águas residuais contaminadas com ácidos, álcalis e metais pesados como o níquel, o crómio e o zinco. Estas águas residuais têm de ser neutralizadas e os metais pesados removidos antes de poderem ser descarregadas.
10. oficinas mecânicas
As oficinas mecânicas que processam metais produzem águas residuais que contêm óleo, gordura, aparas de metal e partículas de sujidade. Muitas vezes, estas águas residuais também contêm lubrificantes de arrefecimento, que estão emulsionados e têm de ser tratados por divisão química e separação da fase oleosa. Os sistemas CP em combinação com a flotação por ar dissolvido (ALMA NeoDAF) provaram o seu valor para estas águas residuais altamente oleosas.
11. Acabamento vibratório
As instalações de acabamento em massa que utilizam meios abrasivos para o tratamento de superfície de metais produzem águas residuais contaminadas com partículas de moagem, abrasão de metais e lubrificantes de arrefecimento. Estas águas residuais requerem a separação dos sólidos e o tratamento dos poluentes orgânicos e inorgânicos.
12. oficina de pintura
As oficinas de pintura que revestem superfícies metálicas produzem águas residuais que contêm solventes, corantes, pigmentos e produtos químicos. Estas águas residuais têm de ser tratadas para remover os poluentes orgânicos e inorgânicos antes de poderem ser descarregadas no sistema de esgotos.
Foto: O nosso sistema CP ALMA CHEM MCW Modular instalado no contentor da sala técnica ALMA Modul.
Ingredientes típicos das águas residuais da indústria metalúrgica
As águas residuais da indústria metalúrgica são frequentemente complexas e contêm uma variedade de poluentes que precisam de ser removidos. Aqui está uma visão geral dos contaminantes típicos:
Metais
- Crómio (Cr)
- Níquel (Ni)
- Cobre (Cu)
- Zinco (Zn)
- Chumbo (Pb)
- Cádmio (Cd)
- Arsénio (As)
- Bário (Ba)
- Mercúrio (Hg)
- Prata (Ag)
- Estanho (Sn)
Outras impurezas
- Ácidos e álcalis (por exemplo, ácido sulfúrico, ácido clorídrico)
- Óleos e gorduras
- Emulsões (por exemplo, lubrificantes de arrefecimento)
- Solventes orgânicos
- Sólidos em suspensão
- Fosfatos
- Fluoretos
- Cianeto
- AOX (compostos orgânicos halogenados adsorvíveis)
- Sulfureto
- CQO (carência química de oxigénio)
Áreas de aplicação dos sistemas de PC de acordo com o anexo 40 da Portaria sobre Águas Residuais
Os sistemas CP são utilizados em numerosas áreas da indústria metalúrgica, a fim de cumprir os valores-limite rigorosos do regulamento relativo às águas residuais. O Anexo 40 do Regulamento sobre Águas Residuais define as áreas específicas de origem em que os sistemas CP são necessários:
- Galvanoplastia
- Decapagem
- Modo de anodização
- Polimento
- Galvanização por imersão a quente, estanhagem por imersão a quente
- Oficina de endurecimento
- Produção de placas de circuitos impressos
- Produção de baterias
- Instalação de esmaltagem
- Oficina mecânica
- Acabamento vibratório
- Oficina de pintura
Nestas zonas, são produzidas águas residuais fortemente contaminadas com metais pesados, ácidos e poluentes orgânicos. O tratamento destas águas residuais em estações de PC é crucial para atingir os limites de descarga legalmente estabelecidos.
Foto: O nosso sistema CP ALMA CHEM MCW com desidratação de lamas através do nosso filtro prensa de câmara
Precipitação de metais pesados
O processo mais comummente utilizado para a remoção de metais pesados das águas residuais é a precipitação química. Neste processo, os aditivos de processo são adicionados às águas residuais para converter os iões de metais pesados em compostos pouco solúveis, que podem depois ser separados da água como sólidos. Aqui encontrará uma visão geral dos nossos aditivos de processo especiais para o tratamento de águas residuais: ALMA AQUA
- Precipitação de hidróxidos: A adição de soluções alcalinas, como a soda cáustica (NaOH), leva à formação de hidróxidos metálicos, que são geralmente pouco solúveis e precipitam como sólidos. Este método é particularmente eficaz para metais como o cobre, o níquel e o zinco. A precipitação ocorre normalmente a um valor de pH entre 8 e 10, dependendo do metal.
Exemplo de reação
Foto: As nossas estações de dosagem de agentes de neutralização e precipitação, bem como a nossa estação de preparação de floculantes. Todos os equipamentos pertencem à nossa gama de produtos ALMA AQUA
- Precipitação de sulfuretos: A precipitação de sulfuretos é frequentemente utilizada para metais que não podem ser suficientemente removidos por precipitação de hidróxidos ou que estão presentes na presença de agentes complexantes. Ao adicionar sulfureto de sódio (Na2S) ou outras fontes de sulfureto, formam-se sulfuretos metálicos que são ainda menos solúveis do que os hidróxidos. Este método é particularmente eficaz para a eliminação de metais pesados como o chumbo, o mercúrio e o cádmio.
Exemplo de reação
- Precipitação por cloreto férrico: O cloreto férrico (FeCl3) pode ser utilizado como precipitante para precipitar fosfatos e alguns metais pesados. É frequentemente utilizado como pré-tratamento antes da adição de outros precipitantes.
Exemplo de reação:
Divisão da emulsão
A separação de emulsões é uma etapa essencial no tratamento de águas residuais. Agentes químicos, os chamados separadores de emulsificantes, são adicionados às águas residuais para desestabilizar as misturas estáveis de óleo e água. Isto permite que as gotículas de óleo se coalesçam em gotículas maiores que são mais fáceis de separar da fase aquosa.
- Divisão química: São adicionados ácidos ou compostos básicos para alterar o valor do pH das águas residuais e desestabilizar a emulsão. Uma abordagem comum é a adição de sais de ferro ou alumínio, que actuam como coagulantes.
Engenharia de processos para o tratamento de águas residuais da indústria metalúrgica
O tratamento químico-físico de águas residuais (ETAR) na indústria metalúrgica inclui uma variedade de tecnologias de processo destinadas a remover eficientemente os poluentes e a tratar as águas residuais para cumprir os requisitos legais. Nesta secção, analisamos mais de perto algumas das principais tecnologias de processo utilizadas nas estações de tratamento de PC: Instalações de PC com desidratação de lamas, instalações de flotação (flotação por ar dissolvido) e permutadores de iões selectivos.
Sistemas CP com desidratação de lamas
As instalações de PC combinam vários processos físicos e químicos para remover metais das águas residuais. Os principais objectivos destas instalações são
- Precipitação e floculação: Os metais pesados presentes nas águas residuais são convertidos em compostos pouco solúveis através de reacções químicas. Estes precipitantes, como o leite de cal ou a soda cáustica, convertem os iões metálicos dissolvidos em hidróxidos ou sulfuretos insolúveis, que estão então presentes como partículas sólidas nas águas residuais.
- Sedimentação: Os sólidos resultantes da precipitação são separados por sedimentação. Nesta fase, as partículas sólidas afundam-se no fundo do tanque de sedimentação devido à sua maior densidade em relação à água, onde formam uma fração de lamas sedimentáveis.
- Filtração: A água límpida sobrenadante é frequentemente passada por outras fases de filtração, tais como filtros multicamadas ou filtros de carvão ativado, para remover as partículas mais finas e as impurezas orgânicas.
- Desidratação: As lamas produzidas durante a sedimentação são desidratadas num filtro prensa de câmara para reduzir o volume e minimizar os custos de eliminação.
Conceção do sistema
A sedimentação é um processo central nas instalações de PC em que os sólidos suspensos e as partículas precipitadas são removidos das águas residuais por gravidade. Dependendo do volume de águas residuais e da concentração de poluentes, os sistemas de CP podem ser operados como sistemas descontínuos ou contínuos.
- Estações de tratamento por lotes: São normalmente utilizadas para pequenos e médios volumes de águas residuais ou quando o conteúdo das águas residuais sofre grandes flutuações. As águas residuais são recolhidas num tanque de sedimentação e descarregadas após o tratamento num processo descontínuo. A vantagem das instalações descontínuas reside na sua flexibilidade e fiabilidade operacional.
- Sistemas de fluxo contínuo: Estes sistemas são concebidos para volumes contínuos de águas residuais. A água residual flui continuamente através do sistema, com a sedimentação a ter lugar numa operação de fluxo contínuo. Os sistemas de fluxo contínuo são particularmente adequados para grandes fluxos de volume e composições consistentes de águas residuais.
Sistemas de precipitação em duas fases: Remoção máxima de poluentes
Em muitos casos, a sedimentação é complementada por uma precipitação em duas fases para garantir a máxima remoção de metais pesados e outros poluentes.
- Primeira fase: Na primeira fase de precipitação, os iões metálicos presentes nas águas residuais são convertidos em hidróxidos pouco solúveis através da adição de produtos químicos como o leite de cal ou a soda cáustica. Estes hidróxidos são geralmente menos solúveis e depositam-se no tanque de sedimentação sob a forma de lamas.
- Segunda fase: Na segunda fase de precipitação, podem ser adicionados precipitantes especiais, tais como sulfuretos, para converter os iões metálicos restantes em sulfuretos mais insolúveis. Este método é particularmente eficaz na remoção de metais pesados que estão presentes nas águas residuais sob a forma de complexos.
Desintoxicação de cianetos e redução do crómio (VI): tratamentos especializados
Para além da precipitação geral, os processos especiais de desintoxicação, como a desintoxicação do cianeto e a redução do crómio (VI), desempenham um papel importante nas fábricas de PC:
- Intoxicação por cianeto: O cianeto é uma substância altamente tóxica que ocorre em muitas indústrias metalúrgicas, em especial nas instalações de galvanoplastia. O envenenamento por cianeto é efectuado por oxidação, em que o cianeto é oxidado em cianatos não tóxicos ou ainda em dióxido de carbono e azoto. Isto é normalmente feito através da adição de cloro, hipoclorito ou peróxido de hidrogénio.
- Redução do crómio (VI): O crómio (VI) é outro metal pesado tóxico que é frequentemente utilizado no tratamento de superfícies metálicas. Para o remover das águas residuais, é reduzido a crómio(III), que é menos perigoso. Esta redução é normalmente efectuada através da adição de agentes redutores, como o bissulfito de sódio, em condições ácidas. O crómio (III) resultante é então precipitado como hidróxido na instalação de precipitação e sedimentado.
Desidratação de lamas com filtros prensa de câmara
Após a sedimentação, as lamas resultantes contêm ainda uma elevada percentagem de água, que deve ser reduzida antes da eliminação ou do processamento posterior. É aqui que entra em ação o filtro prensa de câmara.
- Como é que funciona: As lamas extraídas nos tanques de sedimentação são bombeadas para o filtro prensa de câmara, onde são desidratadas sob alta pressão. O filtro prensa de câmara é constituído por uma série de câmaras cobertas com panos filtrantes. A pressão da bombagem pressiona a água através dos panos filtrantes, enquanto os sólidos permanecem nas câmaras e formam um bolo de filtro seco.
- Vantagens: O filtro prensa de câmara reduz significativamente o volume de lamas, o que diminui os custos de eliminação e facilita o manuseamento. Para além disso, as lamas desidratadas podem frequentemente ser processadas ou reutilizadas como material reciclável.
Foto: O nosso filtro prensa de câmara ALMA CFP para a desidratação de lamas de estações de tratamento de águas residuais
Sistemas de flotação: Separação por flutuabilidade
A flotação por ar dissolvido é uma tecnologia chave no tratamento de águas residuais que tem como objetivo remover as partículas mais finas, as emulsões e os sólidos suspensos da fase aquosa. Funciona com base no princípio de que as bolhas de ar aderem às partículas a serem removidas e transportam-nas para a superfície da água, onde podem ser desnatadas sob a forma de espuma.
Funcionalidade
Na instalação de flotação, é primeiro adicionado um coagulante às águas residuais, que aglomera as partículas mais finas. De seguida, as águas residuais são enriquecidas com ar, criando pequenas bolhas de ar. Estas bolhas de ar fixam-se às partículas, que sobem à superfície da água devido à flutuabilidade das bolhas. Aí formam as lamas flotadas, que são removidas mecanicamente por raspadores.
Vantagens
- Remoção eficiente das partículas mais finas: Mesmo as partículas muito pequenas e leves podem ser removidas de forma fiável das águas residuais por flotação.
- Versatilidade: Os sistemas de flotação podem ser utilizados em vários contextos industriais e são adequados para uma vasta gama de tipos de águas residuais.
Etapas do processo
- Adição de coagulantes e floculantes: Estes produtos químicos ajudam a combinar as partículas finas em aglomerados maiores.
- Introdução de bolhas de ar: As águas residuais são misturadas com ar, fazendo com que as partículas subam à superfície devido à flutuabilidade das bolhas de ar.
- Desnatação da lama de flotato: A lama formada na superfície, que contém as impurezas, é removida mecanicamente.
Foto: O nosso sistema de flotação ALMA NeoDAF com floculador tubular e sistema de saturação de ar patenteado
Permutadores de iões selectivos: remoção orientada de iões específicos
Os permutadores de iões selectivos (ALMA ION) são resinas especializadas que podem remover iões específicos das águas residuais. São particularmente úteis para remover vestígios residuais de metais pesados após precipitação e filtração que não são totalmente capturados por processos convencionais.
Funcionalidade
Um permutador de iões é constituído por uma resina sólida que pode absorver determinados iões da fase aquosa através de ligações químicas. Em troca, a resina liberta outros iões menos problemáticos para a solução. Os permutadores de iões selectivos são concebidos para ligar preferencialmente determinados iões metálicos, como o chumbo, o cobre ou o níquel.
Vantagens
- Elevada seletividade: Estes permutadores de iões podem ser personalizados para iões específicos, o que aumenta a eficiência da remoção de metais pesados.
- Regenerabilidade: As resinas podem ser reprocessadas e reutilizadas após o seu esgotamento através de regeneração química.
- Amigo do ambiente: Como removem iões específicos das águas residuais, a carga de sal nas águas residuais não aumenta desnecessariamente.
Etapas do processo
- Fluxo através da coluna de permuta iónica: A água residual é passada através da camada de resina de permuta iónica, onde os iões metálicos são ligados.
- Troca e regeneração: Após o esgotamento da resina, a coluna de permuta iónica é regenerada através do tratamento com uma solução química (por exemplo, ácida ou alcalina), que liberta os iões ligados e torna a resina novamente funcional.
Foto: O nosso sistema de permuta iónica selectiva ALMA ION para a remoção de metais pesados
Conclusão
O tratamento químico-físico de águas residuais na indústria metalúrgica é um processo complexo que requer um planeamento e implementação cuidadosos. Os sistemas CP, como o nosso ALMA CHEM MCW ou o nosso sistema de flotação por ar dissolvido ALMA NeoDAF, oferecem uma solução flexível e eficaz para a remoção de metais pesados, emulsões e outros poluentes. Ao utilizar tecnologias de processo modernas, como a precipitação, a flotação e a permuta iónica, é possível cumprir os requisitos legais rigorosos e garantir um tratamento sustentável das águas residuais.
Para mais informações e soluções personalizadas para o tratamento de águas residuais na indústria metalúrgica, não hesite em contactar-nos.
