Muitos processos industriais produzem águas residuais com valores de pH que se desviam significativamente da neutralidade. Ácidos ou álcalis fortes entram nas águas residuais através dos processos de produção ou de limpeza e dão origem a fluxos de águas residuais ácidas ou alcalinas. Sem tratamento, estes não podem ser descarregados nas redes públicas de esgotos nem diretamente nas massas de água. Por conseguinte, é necessário um ajuste preciso do pH para proteger o ambiente, as infra-estruturas e as fases de tratamento biológico.
Os sistemas de neutralização realizam esta tarefa reduzindo o valor do pH para o intervalo legalmente exigido, normalmente entre 6,5 e 9,5. Este facto torna-os um dos processos físico-químicos mais frequentemente utilizados na tecnologia de águas residuais industriais. Estes sistemas variam desde simples tanques de neutralização com dosagem manual de químicos até sistemas altamente automatizados com tecnologia de medição e controlo redundante, documentação online e ligação a sistemas de controlo de processos.
Foto: O nosso sistema de neutralização ALMA Neutra em formato de contentor com tanque de mistura e equalização e separador de gorduras
Índice
Tarefas e objectivos de um sistema de neutralização
A principal tarefa de cada estação de neutralização é cumprir os limites legais para o valor do pH, tal como definido no decreto alemão sobre águas residuais (AbwV) e nos respectivos decretos de descarga indireta. Além disso, estas estações cumprem uma importante função de proteção de toda a infraestrutura. As tubagens, bombas e acessórios são protegidos contra a corrosão e depósitos através da regulação do pH. A neutralização também protege os processos biológicos a jusante, tais como as lamas activadas ou os reactores anaeróbios, que reagem de forma muito sensível a influxos excessivamente ácidos ou alcalinos.
Por último, mas não menos importante, a correção do pH permite um tratamento global e económico das águas residuais. Um controlo preciso significa que os produtos químicos são doseados com exatidão, o que reduz o consumo e, consequentemente, os custos operacionais.
Estrutura e modo de funcionamento
Um sistema de neutralização típico é constituído por vários componentes principais:
Tanque de equalização: Recebe as águas residuais com agitadores ou injectores para homogeneização.
Medição e controlo do pH: As sondas em linha monitorizam continuamente o valor do pH e controlam a dosagem química.
Sistemas de dosagem: Tanques de armazenamento, bombas e acessórios para ácidos (por exemplo, ácido sulfúrico, ácido clorídrico) ou álcalis (por exemplo, soda cáustica, leite de cal).
Tanque de reação: Concebido de acordo com o tempo de residência hidráulica, a energia de mistura e a cinética da reação química.
Tecnologia de segurança: proteção contra sobreenchimento, neutralização de emergência, linhas de derivação.
Registo: Registo de dados para verificação pelas autoridades.
Foto: Estações de dosagem IBC instaladas num tabuleiro de recolha WHG no módulo ALMA
Processo de neutralização de águas residuais
Tradicionalmente, são utilizados ácidos minerais fortes, como o ácido sulfúrico ou o ácido clorídrico, quando estão presentes águas residuais alcalinas com valores de pH elevados. A vantagem deste método reside na cinética de reação rápida e na facilidade de dosagem. No entanto, ao mesmo tempo, existem maiores exigências em termos de segurança no trabalho e proteção contra a corrosão, uma vez que os produtos químicos são altamente corrosivos.
Se as águas residuais forem ácidas, são utilizadas soluções alcalinas como o hidróxido de sódio, o hidróxido de potássio ou o leite de cal. Embora a soda cáustica seja fiável e fácil de dosear, provoca custos de funcionamento comparativamente elevados. O leite de cal oferece uma alternativa mais económica, mas requer uma conceção cuidadosa, uma vez que a formação de lamas de carbonato de cálcio pode levar a depósitos nas tubagens e nos tanques de reação.
Em muitas empresas, a composição das águas residuais oscila entre picos de carga ácida e alcalina. Nestes casos, são utilizados tanques de neutralização com controlo de dupla face, que podem ser alimentados tanto com ácidos como com álcalis. Uma tecnologia precisa de medição e controlo é crucial para evitar a sobredosagem.
Foto: Reator de neutralização em aço inoxidável com controlo do pH (sistema: ALMA Neutra)
Neutralização do CO₂ como método alternativo
Nos últimos anos, a neutralização com dióxido de carbono tem-se tornado cada vez mais importante. Oferece uma alternativa segura, sustentável e, em muitas aplicações, económica à dosagem clássica de ácidos minerais.
O princípio de funcionamento baseia-se no facto de o dióxido de carbono na água reagir para formar ácido carbónico, que, por sua vez, liberta protões e, assim, baixa o valor do pH. A vantagem deste método de reação reside no tamponamento natural: a formação de carbonato de hidrogénio significa que a acidificação é praticamente impossível. A neutralização é, portanto, mais suave e mais controlada do que com o ácido sulfúrico ou o ácido clorídrico.
Tecnicamente, o CO₂ é normalmente extraído de feixes de cilindros ou tanques e introduzido nas águas residuais através de injectores, lanças de gás ou difusores de bolhas finas. Tal como nos métodos convencionais, o processo é controlado através de uma sonda de pH e de uma válvula de controlo. Em alguns sectores industriais, o CO₂ pode mesmo ser utilizado diretamente a partir de processos secundários, o que reduz os custos operacionais e melhora o equilíbrio de CO₂.
As vantagens são múltiplas: por um lado, os perigos do manuseamento de ácidos são eliminados, o que melhora significativamente a segurança no trabalho. Em segundo lugar, a carga de corrosão na tecnologia do sistema é reduzida. Para além disso, o risco reduzido de sobre-acidificação significa que o funcionamento é muito mais estável. No entanto, existem limitações no caso de alcalinidade muito elevada ou de águas residuais com débitos extremamente elevados, uma vez que, nestes casos, a quantidade de CO₂ necessária pode ser economicamente desfavorável.
Foto: Instalação de neutralização de CO2 ALMA Neutra em formato de contentor
Critérios de conceção
A conceção de um sistema de neutralização depende em grande medida das condições específicas de funcionamento. Os principais parâmetros são a carga hidráulica, a composição das águas residuais e as flutuações previstas. Os tanques de reação devem ser dimensionados de forma a que haja tempo de retenção suficiente para uma neutralização completa.
A escolha da tecnologia de dosagem depende dos agentes de neutralização utilizados: Enquanto os ácidos e os álcalis são doseados através de bombas resistentes a produtos químicos, o CO₂ é introduzido na forma gasosa através de linhas pressurizadas e dispositivos de alimentação. A escolha do material também desempenha um papel decisivo. Dependendo da agressividade das águas residuais e dos produtos químicos utilizados, são utilizados plásticos como PP e PE ou aço inoxidável.
Domínios de aplicação
Os sistemas de neutralização podem ser encontrados em quase todos os sectores industriais. Na indústria química, as águas residuais de processos altamente ácidos ou alcalinos são tratadas, enquanto as soluções de decapagem ácidas são neutralizadas no processamento de metais. A neutralização é também uma parte integrante dos ciclos de limpeza CIP na indústria alimentar e de bebidas. Nas estações de tratamento de águas residuais municipais, a neutralização é frequentemente utilizada para predefinir o valor do pH, de modo a proteger as fases de tratamento biológico de flutuações prejudiciais.
Conclusão
Os sistemas de neutralização são indispensáveis para o cumprimento das normas ambientais, a proteção da tecnologia das instalações e a operação económica. Embora os métodos tradicionais que utilizam ácidos e álcalis ainda sejam amplamente utilizados, a neutralização de CO₂ está a estabelecer-se cada vez mais como uma alternativa segura e sustentável. As suas vantagens incluem um manuseamento mais fácil, maior segurança no trabalho e um risco reduzido de acidificação.
A escolha de um processo adequado depende sempre das condições específicas da operação. O fator decisivo é uma conceção cuidadosa do sistema que tenha em conta tanto as propriedades químicas das águas residuais como os requisitos operacionais. Só desta forma é possível combinar de forma óptima a segurança operacional, a eficiência e a sustentabilidade.
Foto: Reator de loop com controlo de pH em polietileno, instalado no módulo ALMA
