NBR 14247-1998
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DEZ 1998
NBR 14247
Sulfetos - Processos de tratamento em efluentes de mineração ABNT-Associação Brasileira de Normas Técnicas Sede: Rio de Janeiro Av. Treze de Maio, 13 - 28º andar CEP 20003-900 - Caixa Postal 1680 Rio de Janeiro - RJ Tel.: PABX (021) 210-3122 Fax: (021) 220-1762/220-6436 Endereço Telegráfico: NORMATÉCNICA
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Origem: Projeto 01:602.07-005:1998 CEET - Comissão de Estudo Especial Temporária de Meio Ambiente CE-01:602.07 - Comissão de Estudo de Poluição das Águas na Mineração NBR 14247 - Sulphides - Process of treatment in mining effluents Descriptors: Sulphides. Treatment of effluents. Mining environment Válida a partir de 29.01.1999 12 páginas Palavras-chave: Palavras-chave: Sulfetos. Tratamento de efluentes. Mineração. Meio ambiente
Sumário
Prefácio 1 Objetivo 2 Definições 3 Requisitos ANEXOS A Processos de tratamento de sulfetos B Descrição dos processos de tratamento de sulfetos C Ciclo do enxofre na natureza D Bibliografia
Prefácio
A ABNT - Associação Associação Brasileira de Normas Técnicas - é o Fórum Nacional de Normalização. As Normas Brasileiras, cujo conteúdo é de responsabilidade dos Comitês Brasileiros (CB) e dos Organismos de Normalização Setorial (ONS), são elaboradas por Comissões de Estudo (CE), formadas por representantes dos setores envolvidos, delas fazendo parte: produtores, consumidores e neutros (universidades, laboratórios e outros).
mineração, atendendo aos padrões legais vigentes, condições de saúde ocupacional, segurança, operacionalidade, economicidade, abandono e minimização dos impactos ao meio ambiente. 2 Definições
Para os efeitos desta Norma, aplicam-se as seguintes definições: 2.1 adsorção: Processo pelo qual moléculas da fase
líquida (adsorbato) são retiradas pela superfície do sólido (adsorvente) através de forças atrativas na interface sólido-líquido. 2.2 adsorvente: Substância que tem a facilidade de con-
densar ou reter moléculas de outras substâncias em sua superfície. Exemplo: carvão ativado, alumina, sílica. 2.3 aeração: Processo pelo qual o ar e a água são colo-
Os Projetos de Norma Brasileira, elaborados no âmbito dos CB e ONS, circulam para Votação Nacional entre os associados da ABNT e demais interessados.
cados em contato, com a finalidade de transferir substâncias voláteis da água para o ar e substâncias solúveis do ar para água, de forma a obter-se equilíbrio satisfatório entre os teores das mesmas.
Os anexos A, B, C e D são de caráter informativo.
2.4 aerador tipo repuxo: Tipo de aerador onde a adição
1 Objetivo
Esta Norma especifica as características dos processos de remoção de sulfetos, visando fornecer subsídios à elaboração de projetos de tratamento de efluentes de
de oxigênio ou efluente é realizada através de jatos verticais. 2.5 aeróbico: Descrição de uma reação química ou mi-
crobiológica que necessita da presença de ar ou oxigênio.
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2 2.6 agente redutor: Elemento ou substância que cede
2.21 flotação em colunas: Este processo diferencia-se
elétrons, promovendo o processo de oxidação.
da flotação em célula convencional por utilizar como princípio básico uma circulação em contracorrente de partículas e bolhas de ar, aumentando assim a cinética e a seletividade da flotação.
2.7 agente oxidante: Elemento ou substância que recebe
ou ganha elétrons, promovendo o processo de redução. 2.8 anaeróbico: Reação química ou microbiológica que
2.22 flotação iônica: Processo de separação por adsor-
não necessita da presença de ar ou oxigênio.
ção sobre bolhas, onde um mesmo reagente utilizado permite a precipitação e flotação da espécie iônica.
2.9 catálise: Relação das ligações químicas de dois (ou
2.23 flotação por ar dissolvido: Processo que se ca-
mais) reativos por outra substância, de tal modo que uma porcentagem relativamente baixa desta última é capaz de acelerar a velocidade da reação, sem que esta substância seja consumida. 2.10 cloração: Processo de oxidação, utilizando cloro
como agente oxidante. 2.11 coletor: Substâncias que apresentam propriedades
tensoativas, ou seja, quando colocadas em solução aquosa provocam uma variação na tensão superfical. 2.12 eletroflotação: Processo de remoção de partículas
finas e ultrafinas, baseado na utilização de uma corrente elétrica introduzida em uma solução aquosa.
racteriza pela geração de microbolhas em grande quantidade, utilizando basicamente um saturador acoplado a uma célula de flotação, onde o ar é dissolvido em água sob pressão. Este processo é utilizado para o tratamento de efluentes na remoção de partículas ultrafinas em suspensão. 2.24 hidrólise: Reação química em que a água atua sobre
outra substância para formar uma ou mais substâncias inteiramente novas. 2.25 neutralização - carbonatação: Processo de neu-
tralização onde se estabelece equilíbrio iônico, usando como agente neutralizante o ânion CO 3- 2. 2.26 ozônio: Alótropo do oxigênio que se apresenta sob
a forma triatômica (O 3). 2.13 eletrólito forte: Substância que, em solução, se
dissocia completamente em íons.
2.27 ozonização: Processo de oxidação que utiliza o
2.14 eletrólito fraco: Substância que, em solução, se
2.28 oxidação por peróxido de hidrogênio: Processo
dissocia parcialmente em íons. 2.15 eletrólitos: Condutores de eletricidade quando em
solução, nos quais o transporte de carga se realiza por meio de íons. 2.16 ferro dissolvido: Ferro no efluente no estado
bivalente (Fe+2). 2.17 floculação: Processo que visa a formação de agre-
gados sob a forma de flocos, através do uso de floculantes (eletrólitos e/ou polieletrólitos), de modo a facilitar sua separação por técnicas convencionais de sedimentação/ decantação e filtração.
ozônio (O3) como agente oxidante. de oxidação que utiliza o peróxido de hidrogênio como agente oxidante. Na decomposição gera água e oxigênio. 2.29 polieletrólito: Alto polímero, tanto natural (como:
proteína, goma arábica) como sintético (polímero), que contém constituintes iônicos, podendo ser aniônico ou catiônico. 2.30 polpa: Material residuário com significativa con-
centração de sólidos. 2.31 precipitação: Processo em que se forma um sólido
insolúvel em solução. 2.32 precipitado: Sólido que se forma em uma solução
líquida. 2.18 floculante: Substâncias com cargas elétricas su-
perficiais, que por colisão ou atração eletrostática, agregam-se às particulas em suspensão, neutralizando-as e formando flocos. 2.19 flotação: Processo físico-químico de tratamento de
partículas, espécies iônicas, moleculares, cristalinas ou coloidais, baseado nas propriedades tensoativas das mesmas, utilizando técnicas de separação sobre bolhas de ar.
2.33 processo biológico: Realizado por microorga-
nismos capazes de utilizar a energia de sua transformação (redução ou oxidação) para a fixação de CO 2. 2.34 sulfatos (sais de): Íon complexo, na forma de
SO4-2, resultante da oxidação de sulfetos. 2.35 sulfetos complexos: Compostos químicos de sul-
fetos simples, associados com metais. 2.36 sulfeto livre: Sulfeto molecular e iônico liberados
2.20 flotação de precipitados: Processo que se caracte-
riza pela introdução de um agente de precipitação orgânico ou inorgânico, onde o íon a separar é primeiro precipitado e, após a introdução de um coletor, o conjunto “precipitado-coletor” se fixa na superfície de bolhas ascendentes que atravessam a solução e são arrastadas pela espuma formada.
em solução aquosa, pela dissociação de compostos de sulfetos. O termo sulfeto livre é compreendido por duas espécies: o íon sulfeto (HS-) e o ácido sulfídrico (H 2S). 2.37 volatilização: Processo de transformação de
substâncias presentes em solução para forma gasosa, com manutenção do equilíbrio destes íons (solução/gás).
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3
NBR 14247:1998 3 Requisitos
3.2 As formas de tratamento indicadas na tabela A.1 são
descritas no anexo B com as seguintes abordagens: 3.1 Esta seção trata das recomendações e condicionantes
específicos de caráter orientativo, visando atender aos objetivos desta Norma. Na elaboração e implantação do projeto de tratamento de efluentes objetivando a remoção de sulfetos, devem ser atendidos os padrões estabelecidos na legislação ambiental para lançamento de efluentes e de qualidade de água, e observados os seguintes condicionantes à escolha do método de tratamento. a) composição química do efluente que deve ser caracterizado qualitativa e quantitativamente; b) restrições técnicas e potencial de aplicação dos processos de remoção de sulfetos; c) necessidade de implantação de sistema de monitoramento do efluente final, água subterrânea e do corpo receptor a jusante do sistema de tratamento, a fim de verificar a eficiência do processo adotado quanto à obtenção dos padrões de lançamento e de qualidade de água previsto na legislação.
a) forma de poluição; b) processo de tratamento; c) métodos de tratamento; d) formas de tratamento; e) potencial de aplicação; f) constituintes prováveis; g) tratamento adicional.
/ANEXO A
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Anexo A (informativo) Processos de tratamento de sulfetos
Tabela A.1 - Processos de tratamento de sulfetos
Forma de poluição
Processos de tratamento
Métodos de tratamento
Formas de tratamento
Potencial de aplicação Solução Polpa
Aplicável para sulfetos simples e sulfetos complexos Pb
Mn
Zn
Cd
Cu
Ni
Fe
Co
H2S
Constituintes prováveis HS-
S-2
So
Tratamento adicional
1 - Efluente líquido tratado 2 - Fração sólida
Físico
Aeração
Sim
Não
Não
Não
Não
Não
Não
Não
Não
Não
Sim
Sim
Sim
Não 1 - MS, SO4-2, SO* 2 - MS
Químico
Efluentes líquidos contendo sulfetos e polissulfetos Físicoquímico
Sim
Cloração
Sim
Não
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
1 - SO4-2
Não
Ozonização
Sim
Não
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
1 - SO4-2
Não
H2O2
Sim
Não
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
1 - SO4-2
Não
Neutralização Carbonatação
Sim
Não
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Não 1 - SO4-2 /2 - MS*
Adsorção
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim 2- Adsorvente + metal
Flotação
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Não
Não
Não
Não 1 - Coletor
Oxidação
Biológico
1-Não/2-Sim 2 - Sim Não
2 - MS + Coletor* Floculação
Natural
Sim
Sim
Não
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Não
Não
Não
Não
Aeróbico
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
1 - SO4-2
Anaeróbico
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Sim
Não
1 - MS, S *
Sim Sim Sim
o
Sim
*MS = Sulfeto metálico.
/ANEXO B
N B R
1 4 2 4 7 : 1 9 9 8
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NBR 14247:1998 Anexo B (informativo) Descrição dos processos de tratamento de sulfetos B.1 Aeração
B.1.4 Desvantagens do processo
B.1.1 Descrição do processo
O processo de aeração consiste na dispersão de água em forma de pequenas gotas, a fim de aumentar a superfície de contato com o ar que facilita a remoção de sulfetos e complexos metal sulfeto. Dos gases dissolvidos, os que podem ser eliminados por troca são o gás sulfídrico e o gás carbônico, que causam odor e ação corrosiva. A aeração torna-se mais eficiente quando o pH é próximo a 5, devido a estarem dissolvidos HS - e o H2S (volátil) com predominância. Em pH acima de 9 o gás sulfídrico encontra-se todo na forma de íons HS - e íons S-2, dificultando sua remoção, conforme a figura B.1.
- não é considerado um método eficiente, quando aplicado sozinho, principalmente em efluentes que apresentam altas concentrações; - quando a aeração é intensiva, a matéria orgânica pode combinar com complexos de metal sulfeto, que não precipitam satisfatoriamente em etapas posteriores; - aerações do tipo repuxo absorvem do ar cerca de 70% a 80% do dióxido de carbono.
B.1.2 Reações envolvidas
H2S ————> HS- + H+ ......................................................(1) HS- ————> S-2 + H+ ......................................................(2) M+2 + S -2 ————> MS↓....................................................(3) !
HS + O2 -
SX-2 + O2
→ S2O3-2
+ O 2 ——> SO4-2 .................................(4)
"
SO4 -2 °
2H2S + O2 ————> 2S + 2H 2 .......................................(5)
Figura B.1 - Relação pH x formas de enxofre
B.2 Cloração
NOTAS B.2.1 Descrição do processo
1 S existe em quantidade significativa em pH acima de 10. -2
2 HS predominante entre pH 7 e 9. -
3 H2S predominante entre pH 5 e 7. B.1.3 Vantagens do processo
- baixo custo operacional; - eliminação das substâncias que produzem odor, como sulfeto de hidrogênio; - eliminação de substâncias que reagem ou interferem com os produtos químicos, usados no processo de redução do sulfeto de hidrogênio (compostos voláteis e dióxido de carbono);
A remoção de sulfatos pela cloração é realizada utilizando-se o cloro como agente oxidante. Os produtos da reação de oxidação dos sulfetos por compostos de cloro são o sulfeto volátil, enxofre elementar e sulfatos. Os fatores determinantes na formulação do produto final são o pH e a concentração de cloro (tabela B.1). O processo é favorecido por pH baixo, que facilita a volatilização do sulfeto e a formação do enxofre elementar (difícil de ser removido). Em efluentes com alto teor de matéria orgânica, há possibilidade de formação de complexo de ferro e manganês, que não precipitam satisfatoriamente em etapas posteriores. B.2.2 Reações envolvidas B.2.2.1 Hidrólise - Dissolução do cloro
- obtenção de uma maior eliminação dos sólidos suspensos que prejudicam etapas posteriores;
Cl2 + H2O
- restauração das condições aeróbicas do efluente, favorecendo a eliminação dos sulfetos residuários;
B.2.2.2 Reações gerais que envolvem sulfetos na forma HS- e S- -
- quando o efluente apresenta óleos e graxas, contribui na sua separação, pois estes podem ser interferentes no tratamento de sulfetos em etapas posteriores; - diminuição da agressividade da água pela vazão de CO2, com elevação do pH.
4 ClO- + S-
→
2 H+ + Cl- + ClO- .......................................(1)
→ SO- -
+ 4 Cl- ...............................................(2)
4 ClO- + HS- → SO- - + 4 Cl- + H+ ......................................(3) 4 ClO- + H2S → SO- - + 4 Cl- + 2 H+ ..................................(4)
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Tabela B.1 - Oxidação de sulfetos pela cloração a diferentes níveis de pH (tempo de contato: 10 min)
pH final
Sulfetos como mg/L de H2S
Cl2 adicionado em mg/L
Cl2 residual em mg/L
Cl2 consumido em mg/L
3,2
5
50
6
44
5,0
5
50
7
43
6,2
5
50
7
43
6,4
5
50
9
41
6,8
5
50
11
39
7,1
5
50
18
32
7,6
5
50
18
32
9,0
5
50
25
25
10,1
5
50
25
25
NOTA - A quantidade de cloro requerido para oxidar 5 ppm de sulfeto expresso como H2S é 8,32 x 5 = 41,6 mg/L.
Em determinadas condições de pH, baixa concentração de cloro ou hipoclorito, a reação pode restringir-se à produção de enxofre elementar.
- há possibilidade de formação de derivados clorados tóxicos (Exemplo: organoclorados), necessitando de tratamento adicional;
ClO- + HS-
- aumenta a salinidade do efluente, tornando-o mais agressivo;
B.2.2.3
S- - + H+
→ →
S° + HO- + Cl- ...............................................(1) HS .................................................................(2)
HS + H + → H2S (volátil) .................................................(3) -
+
NOTAS
- não recomendado para efluentes de alto teor de matéria orgânica. Tabela B.2 - pH crítico acima do qual não ocorre a flotação
1 S- - existe em quantidade significativa, em pH acima de 10.
Minério
2 HS- tem predominância em soluções neutras. 3 H2S passa a ter importância a pH inferior a 4,5. B.2.3 Vantagens do processo
- o cloro é facilmente disponível como gás, líquido ou sólido (hipoclorito); - método largamente utilizado, tecnologia disponível; - facilmente adaptável em operações contínuas ou em bateladas;
Fórmula
Esfarelita
(Zn,Fe)S
Pirrotita
FeS
Arsenopirita
pH 6,0
-
8,4
Galena
PbS
10,4
Pirita
FeS
10,5
Marcasita
-
11,0
- os custos de implantação são baixos;
Caleopirita
-
11,8
- a segurança operacional é de controle fácil, exceto quanto se utiliza o gás cloro.
Covelita
CuS
13,2
Bornita
CuFeS
13,8
B.2.4 Desvantagens do processo
- o cloro é um gás venenoso e corrosivo, requerendo cuidado no manuseio; - requer controle rigoroso do pH (conforme a tabela B.2); - requer controle rigoroso dos níveis de cloro residual;
Tetraedrita
-
13,0
Calcosita
CuS
14,0
Molibidenita
MoS
-
Bismutinita
BiS
-
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NBR 14247:1998 B.3 Oxidação por ozonização
B.4.2.2 Em meio básico (alcalino)
B.3.1 Descrição do processo
S-2 + 4H2O2
O processo consiste em promover o contato do ozônio com o efluente a ser tratado. O ozônio reage com o sulfeto e seus compostos, agindo como oxidante forte.
Esta reação se conclui em poucos minutos em meio alcalino e à temperatura ambiente, mesmo sem íons metálicos presentes. Na proporção molar 1:4 ocorre a transformação para sulfato.
⇔
SO4-2 + 4H2O ...............................................(1)
B.3.2 Reações envolvidas B.4.3 Vantagens
S + 2O3 → SO + O2 .......................................................(1) -2
-2 4
HS + 2O3 → SO + O2 + H ................................................(2) -
-2 4
- simplicidade operacional;
+
H2S + 2O3 → SO + O2 + H ................................................(3) -2 4
- produto de fácil armazenamento;
+
B.3.3 Vantagens
- baixo custo operacional; - alta velocidade de reação;
- pode ser usado complementarmente a outros processos de oxidação; - pode ser usado como polimento do efluente final. B.4.4 Desvantagens
- facilidade de operação e controle do processo;
- alto custo do reagente;
- o ozônio residual é facilmente destruído;
- a reação é relativamente lenta em meio ácido.
- pode ser produzido no local de consumo, evitando o transporte. B.3.4 Desvantagens
- alto custo de implantação; - é oxidante forte, podendo provocar corrosão; - dificuldade técnica de estocagem; - em presença de matéria orgânica pode formar substâncias difíceis de serem removidas. B.4 Oxidação por peróxido de hidrogênio B.4.1 Descrição do processo
Por ser um oxidante enérgico, tem a propriedade de reagir rapidamente com compostos derivados de enxofre, tipo sulfetos. O peróxido de hidrogênio pode ser usado na oxidação total dos sulfetos a sulfatos, ou na oxidação parcial dos sulfetos a compostos solúveis que não exalam odores e são facilmente oxidados.
NOTA - Como agente oxidante pode ser utilizado também o permanganato de potássio (KMnO4), com a desvantagem de que aumentaria a concentração de manganês no efluente final.
B.5 Neutralização - carbonatação B.5.1 Descrição do processo
A remoção de sulfetos pelo processo de neutralização, por carbonatação, é realizada utilizando-se ânions carbonatos como agente neutralizante. Somente os sulfetos de caráter ácido, no efluente, reagem à neutralização, formando sais de sulfatos que são removidos por decantação. Os sulfetos de caráter básico, que são a maioria, ficam insolúveis na presença do ânion carbonato e podem ser removidos por decantação. Para efluentes com concentração elevada de ferro II (maior que 100 mg/L) o processo de carbonatação tornase ineficaz. B.5.2 Reações envolvidas
(CO3)-2 + H2O
→
HCO3 - + OH- ...........................................(1)
MS + RCO3 + H+ → MRSO4 + CO2! ............................(2)
B.4.2 Reações envolvidas
MS + RCO3 → RSO4 + CO2! ...........................................(3)
B.4.2.1 Em meio ácido ou neutro
CaCO3 + H2SO4
S-2 + H2O2
NOTA - Estas reações de neutralização com calcário são influenciadas pela taxa de solubilidade do mesmo, a qual varia de acordo com as propriedades físicas do calcário, isto é, tamanho de partícula (quanto menor mais solúvel) e a quantidade de calcário. Como o calcário é menos solúvel que a cal, não se consegue, em aplicações práticas, elevar o pH acima de 7. Por isso ele é mais utilizado em efluentes que contêm ferro III, devido à capacidade desta forma iônica precipitar-se em condições de pH entre 4 e 5. Para remoção de manganês, já que este precipita em pH aproximadamente 8, não é aplicável.
→
S0 + H2O + ½ O2 ...........................................(1)
Esta reação é relativamente lenta em meio ácido, porém pode ser catalisada por íons metálicos. Por exemplo, após a adição de 10 mg/L a 20 mg/L de ferro dissolvido, a reação ocorre em poucos minutos, mesmo à temperatura ambiente, como mostra a reação. 2FeS2 + 3H2O2
⇔
4S-2 + 2Fe (OH)3 .................................(2)
NOTA - Prevalece meio neutro.
→
CaSO4 + H2O + CO2! ........................(4)
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8 B.5.3 Vantagens do processo
- simplicidade no processo de aplicação; - custos relativamente baixos, sendo um produto não beneficiado; - produto de fácil armazenamento; - a segurança operacional é de controle fácil.
B.6.2 Reações envolvidas
O carvão ativado possui uma estrutura complexa, onde a natureza química dos grupos funcionais não foi ainda explicada de uma maneira satisfatória segundo MATTSON & MARK (1971); COOKSON (1980); HUANG (1980); SUFFET & MCGUIRE (1981). Por isso, torna-se difícil prever as reações envolvidas. B.6.2.1 A adsorção das moléculas pode ser representada
genericamente pela seguinte reação: A+B→A.B
B.5.4 Desvantagens do processo
- formação de grande volume de lodo; - lodo com elevados teores de sólidos suspensos; - lodo de difícil manejo e disposição; - não aplicável em efluentes com alta concentração de ferro II.
onde: A é a substância adsorvida (adsorbato); B é o adsorvente; A.B é composto adsorvido (interface sólido-líquido). B.6.3 Vantagens
B.6 Adsorção
- simplicidade operacional;
B.6.1 Descrição do processo
- custo relativamente baixo;
A remoção de sulfetos pelo processo de adsorção é realizada utilizando-se o carvão ativado como leito adsorvente. O carvão ativado é o adsorvente mais desenvolvido e um dos mais eficientes processos utilizados para a remoção de sulfetos e polissulfetos. A adsorção de sulfetos é um processo físi co-químico que ocorre quando a molécula de sulfeto na fase líquida é arrancada pela superfície sólida (carvão ativado) através de forças atrativas sobrepondo-se à energia cinética das moléculas. No processo de adsorção de sulfetos pode ser usado o material adsorvente pulverizado ou granular. Geralmente usa-se carvão ativado pulverizado para sistemas em bateladas e para efluentes de alta concentração de sulfetos, onde para ocorrer a adsorção são requeridos altos tempos de residência. No sistema contínuo pode-se usar carvão ativado granular ou pulverizado e aplica-se a efluentes com baixas concentrações de sulfetos. O processo de adsorção do sulfeto requer previamente um estudo laboratorial para determinar a isoterma de adsorção onde é possível avaliar: - quantidade de adsorvente para a concentração de sulfetos no efluente; - capacidade máxima de adsorção para o adsorvente em estudo. Este processo é favorecido a pH próximo a 5,0, onde predomina H2S, que é facilmente adsorvido pelo carvão ativado. NOTA - Indicado como polimento na fase final do tratamento.
- produto de fácil armazenamento; - facilmente adaptável em operações contínuas ou em bateladas. B.6.4 Desvantagens
- não é eficiente para efluentes complexos devido à preferência de adsorção, isto é, por outras moléculas que não sejam sulfetos; - não aplicável em efluentes com alta concentração de ferro II; - requer controle operacional. B.7 Flotação B.7.1 Descrição do processo
A remoção de sulfetos por flotação consiste no tratamento de uma polpa, criando condições favoráveis à união das partículas com bolhas de ar ou gás específico, que transportam o sulfeto selecionado para superfície, formando uma espuma, que é removida. Cada sulfeto metálico possui um pH crítico, acima do qual a flotação não ocorre, conforme a tabela B.2. Este processo é aplicável em suspensões de baixas concentrações residuais e no tratamento de soluções diluídas contendo metais, existindo vários métodos utilizados, entre os quais: flotação iônica e de precipitados, eletroflotação, flotação por ar dissolvido e flotação em coluna. Entre as variáveis determinantes da escolha do método, estão a natureza e concentração das espécies a separar, o pH, a força iônica, a natureza e a concentração do coletor, a temperatura, a vazão de ar e o modo de geração de bolhas e a relação molar entre as concentrações do coletor e da espécie a ser flotada.
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NBR 14247:1998 B.7.2 Reações envolvidas
Tabela B.3 - pH ideal de floculação para alguns produtos
Floculante
B.7.2.1 Uso de tiocompostos como coletores
MS + ROCSS -
→
M (ROCSS)
onde: R é o radical de cadeia carbônica curta (5 a 6 carbonos); Reação não estequiométrica (ocorre na superfície); ROCSS KPs = < 10 -10 (sal de baixa solubilidade). B.7.2.2 Uso de ácido graxo como coletores
MS + ROCSS-
→
M (RCOO)
onde: R é o radical de cadeia carbônica com 18 carbonos;
Sulfato de alumínio
5,0 a 8,0
Sulfato ferroso
8,5 a 11,0
Sulfato férrico
5,0 a 10,0
Cloreto férrico
5,0 a 11,0
Sulfato ferroso clorado
As reações envolvidas são complexas e genericamente podem ser representadas como: A +B #C $ onde: A é a partícula em suspensão;
ROCSS- KPs = < 10-10.
B é o floculante;
- método largamente utilizado, tecnologia disponível; - tratamento de grandes volumes de efluentes; - facilmente adaptável em operações contínuas ou em bateladas; - possibilidade de desenvolvimento de reagentes recicláveis; - possibilidade de melhoria nos processos, com redução de custos e simplificação dos procedimentos. B.7.4 Desvantagens
- dependendo do tipo de reagente, o custo do tratamento pode ser elevado; - dependendo do processo utilizado, existem dificuldades de reciclagem e reaproveitamento dos reagentes utilizados. B.8 Floculação B.8.1 Descrição do processo
O processo de floculação consiste na adsorção de um floculante em parte da superfície das partículas, neutralizando a carga desta área e, eventualmente, deixando um saldo de cargas. Como conseqüência, a partícula passa a apresentar áreas carregadas com cargas opostas. Pode, então, ocorrer que as áreas negativas de uma partícula atraiam as áreas positivas de outra e viceversa, e as partículas juntem-se dando início à formação de um floco. Outro mecanismo de floculação é a formação de pontes: o polímero é adsorvido pela partícula apenas em alguns pontos da cadeia molecular, ficando o resto da cadeia polimérica livre para adsorver outras partículas. NOTA Sugere-se a realização de jar test para determinação do pH ideal de floculação e a dosagem do floculante.
> 4,0
B.8.2 Reações envolvidas
Reação não estequiométrica (ocorre na superfície);
B.7.3 Vantagens
Faixa de pH
C é o floco. B.8.3 Vantagens
- simplicidade operacional; - tecnologia disponível; - custos de implantação são baixos; - facilmente adaptável em operações contínuas ou em bateladas. B.8.4 Desvantagens
- alto custo dos reagentes; - formação de lodo de difícil manejo e disposição; - necessita de tratamento adicional. B.9 Processo biológico B.9.1 Descrição do processo
A oxidação biológica de sulfetos pode ser feita em meio aquático por um grande número de microorganismos, entre estes as bactérias fototróficas, sendo Chromatium e Chlorobium as mais importantes e as quimiolitotróficas, principalmente Beggiatoa, Thiothrix e Thiobacillus . As bactérias fototróficas utilizam o sulfeto como doador de elétrons para a realização do processo fotossintético, pois necessitam deste poder redutor para a fixação de CO2. Tanto Beggiatoa como Thiothrix acumulam enxofre molecular interiormente. Esta deposição pode ser temporária, pois com a exaustão de H 2S do meio o enxofre acumulado é oxidado até sulfato, sendo este, então, excretado. As bactérias quimiolitotróficas obtêm energia a partir da oxidação das formas reduzidas de enxofre que utilizam para a fixação de CO2. As bactérias do grupo Thiobacilli que oxidam H2S possuem características biológicas bem semelhantes àquelas apresentadas por Beggiatoa e Thiothrix , diferenciando-se destas por ocorrerem em pH baixo (1-5) e por não depositarem enxofre intracelularmente.
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10 B.9.2 Reações envolvidas B.9.2.1 Através de bactérias fototróficas:
2 H2S + CO2 → (CH2O) + H2O + 2S°................................(1)
B.9.4 Desvantagens
- bactérias anaeróbias sulfato-redutoras podem reverter o processo de oxidação reduzindo sulfatos a sulfetos;
B.9.2.2 Através de bactérias quimiolitotróficas:
H2S + 2O2
→
SO42- + 2H+ ...............................................(2)
S°+ H2O + 1½O2
→ SO42- + 2H + ..................................(3)
S2O32- + H2O + 2O2
→
2SO42- + 2H +...........................(4)
B.9.3 Vantagens
- o gênero T hiobacillus é resistente a alta concentração de metais pesados; - baixo custo operacional e de manutenção; - o processo não necessita de correção de pH; - a presença de bactérias ocorre naturalmente em efluentes que contenham enxofre nas suas várias formas.
- necessita de grandes áreas, pois o tempo de residência é maior do que nos outros processos de oxidação. NOTAS 1 O tratamento biológico de sulfetos pode ocorrer de duas formas. 2 A oxidação natural, sem a utilização de meios externos para acelerar, promover ou complementar a reação. 3 O processo pode ser acelerado com a utilização de “cepas” de bactérias selecionadas, adaptando o efluente às necessidades destes microorganismos.
/ANEXO C
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N B R
Anexo C (informativo) Ciclo do enxofre na natureza
1 4 2 4 7 : 1 9 9 8
/ANEXO D
1 1
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12 Anexo D (informativo) Bibliografia
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