Teoria para tratamento de óleo solúvel ou emulsionado
Conceito
A mistura de diversos tipos óleos com a água possuem uma característica de se separarem naturalmente, devido à diferença de densidade entre a água (= 1 g/cm3) e o óleo (< 1 g/cm3), onde as forças vetoriais tendem a expulsar as concentrações desses óleos para fora do meio aquoso, forçando assim uma separação, onde esses óleos tendem a flotar (boiar) na superfície do meio aquoso ao qual está submetido. Porém devido a outros fatores externos a esta mistura, podemos observar dois comportamentos diferentes formados dentro do mesmo meio aquoso, ou seja, a dispersão e a emulsão desses óleos no meio aquoso “simultânemante”.
Dispersão ou suspensão:
Na mistura denominada suspensão ou dispersão, as partículas dispersas, que podem ser agregados de moléculas ou de íons, possuem um diâmetro tal que não permitem sua adsorção no meio aquoso. Devido a estas características podem decantar ou flotar pela ação da gravidade ou centrifugadores comuns, como também podem ser retidas em filtros comuns de absorção ou adsorção. Normalmente são visíveis a olho nu.
Esta mistura ocorre com pequena energia mecânica fornecida aos dois ou mais componentes.
Nesta condição a separação da mistura pode ser dar naturalmente sem qualquer interferência externa, somente utilizando-se a ação da gravidade. A velocidade da separação dependerá do tamanho dessas gotas e também da velocidade do fluxo.
Emulsão
Emulsões podem ser definidas como uma suspensão coloidal de um líquido dentro de um outro líquido (com tamanhos de partículas tipicamente menores que 20 mícrons de diâmetro). Uma suspensão coloidal é uma concentração de partículas ou de micro gotas dispersadas homogeneamente através de um líquido base (ou transportador), como por exemplo, a água.
Associando esta teoria com a dispersão e emulsão de óleo, significa que as gotas do óleo estão reduzidas a um tamanho onde a repulsão elétrica normal da molécula do óleo na água é superada devido ao diminuto tamanho desta molécula, portanto essas gotas de óleo não se desprenderão do meio aquoso naturalmente, necessitando assim de agentes externos para promover essa separação.
As emulsões de óleo na água pode conter uma variedade de tipos e de concentrações do óleo, como também pode conter vários tipos de sólidos contaminantes. A emulsão de óleo na água em um estado estável ou instável mantém o emulsionamento através de meios mecânicos e/ou de produtos químicos.
As emulsões podem ser criadas de duas formas:
Emulsão mecânica: Nas emulsões geradas mecanicamente o método mais comum para criar a emulsão é através de uma agitação rápida e violenta, ou cisalhamento do óleo em partículas menores no fluxo do efluente por uma bomba de transferência com elevada energia de cisalhamento. Um poderoso agitador ou o outro dispositivo semelhante pode dispersar as gotas do óleo em gotas diminutas. Após algum tempo, a emulsão mecânica pode se romper sem qualquer tratamento. Mas para a maioria dos processos e os requisitos de fabricação, este tempo de espera para a quebra da emulsão pode ser demasiadamente longo para o uso prático.
Emulsão química: São criadas quando um produto químico tensoativo ou outros produtos químicos são utilizados, tais como os líquidos de limpeza alcalinos que contêm tensoativos (surfactantes), sabões e detergentes com características iônicas e não iônicas. Estes produtos químicos interferem com coalescência natural das gotas do óleo e criam geralmente uma emulsão permanentemente estabilizada com pouca (ou nenhuma) possibilidade de quebrar por si só.
O rompimento de uma emulsão pode ser facilitado através do uso de um coagulante / floculante ou alteração de pH (ácido / cáustico). O produto químico a ser usado depende da emulsão em particular. Esses produtos químicos alteram as cargas elétricas das partículas (gotas de óleo) pelo efeito de suas próprias cargas, geralmente com uma carga catiônica (positiva). Esta manipulação da carga permite que as gotas do óleo tornem-se livres e deixa-as flutuarem favorecendo assim a coalescência (aglutinamento em gotas maiores).
Os óleos nem sempre se liberam da emulsão em uma camada distinta livre. Às vezes podem ser combinados com os sólidos ou criar uma massa leve com as partículas que estejam em suspensão, que decantam ou (geralmente) flotam. A forma e a aparência do resultado do rompimento de uma emulsão química podem variar completamente de emulsão para emulsão. Esta variação ajuda a determinar o tipo de equipamento e de processos requeridos para o tratamento da água.
Modalidades de rompimento (quebra) da emulsão de óleo em água
Quebra ácida:
Devem ser utilizados em processos menos rigorosos em termos de qualidade final da água ou do efluente a ser tratado.
Consiste na adição controlada de um ácido, associada a uma agitação e um tempo de residência para que esse ácido consiga realizar o rompimento da emulsão.
Após esse processo o fluxo é encaminhado para um separador coalescente ou flotadores que favorecerá a separação dos produtos liberados da emulsão.
Após a separação a água ou o efluente deverá ser submetido a um ajuste do pH, retornando-o para a faixa admitida para o seu uso ou descarte. Este ajuste é praticamente necessário nestes processos devido à alteração do pH.
Coagulação / Floculação:
Este processo deve ser utilizado para emulsões mais complexas ou melhores resultados no efluente final. Alguns polímeros poderão dispensar a correção do pH após o rompimento e a separação da emulsão.
A destruição das propriedades de emulsionamento dos agentes tensoativos (surfactantes) ou da neutralização da partícula carregada pode ser obtida com o uso de polímeros. Um polímero ou uma combinação dos polímeros desestabiliza a ligação elétrica entre o óleo e a água permitindo que os óleos livrem-se, criando gotas e uma camada distinta floculada. A floculação encaminha para colisões bem sucedidas que ocorrem quando as partículas de óleo desestabilizadas são aglomeradas através de uma ponte devido ao efeito floculante do polímero. O polímero age como uma rede, esticando-se eficazmente no meio aquoso e aglutinando muitas pequenas partículas floculadas junto em um floco visível maior.
Dependendo da natureza dessa massa floculada, ela pode decantar, flotar ou permanecer em suspensão. Alguns testes de bancada (“jar-test”) devem ser realizados para se determinar quais os tipos dos produtos químicos mais apropriados, concentrações e combinações a fim de se obter o melhor tratamento.
Peneiras moleculares:
Peneiras moleculares minerais são uma classe de minerais estáveis e compostos inorgânicos cristalinos sintéticos, caracterizados pela presença de uma estrutura tridimensional da estrutura do óxido aberto. Esta estrutura aberta conduz a uma rede regular de poros uniformes de dimensões moleculares específicas. A estrutura porosa permite que esses minerais possam admitir seletivamente algumas moléculas enquanto excluem aquelas que são demasiadamente grandes para penetrar nesses poros, isto determina as propriedades da peneira molecular. Em materiais comerciais, essa estrutura é geralmente um aluminosilicato onde os átomos de alumínio e de silício são dispostos e coordenados
tetraedricamente através dos átomos de oxigênio em uma disposição contínua, como pode ser observado na figura ao lado.
A deficiência de carga da estrutura resultante da orientação tetraédrica dos átomos de alumínio é balanceada pelos cátions que não são uma parte integral da estrutura. Estes cátions têm um grau elevado de mobilidade e permutabilidade, o tipo do cátion presente e o número dos efeitos catalíticos definem as propriedades de adsorção e de troca iônica desses minerais.
As forças adsortivas das peneiras moleculares se devem primariamente a esses cátions que estão expostos nos ângulos do cristal. Estes cátions atuam como sítios de carga fortemente positiva que atraem eletrostaticamente a porção negativa de moléculas polares. Quanto maior o momento do dipolo da molécula, mais fortemente ela será atraída e adsorvida.
Em contraste com outros adsorventes, os poros destas peneiras moleculares são precisamente uniformes no seu tamanho. Dependendo do tamanho dos poros, diferentes tipos de moléculas podem ser barradas.
Tratamento de óleo solúvel
A TECITEC em permanente aprimoramento de seus equipamentos e constantes pesquisas e desenvolvimento de novas tecnologias, associados com seus parceiros internacionais, a Calgon Carbon Corporation como a maior empresa multinacional em Carvão Ativado e outros minerais seletivos, como também a detentora de tecnologias de separação e retenção de compostos e contaminantes, a Graco Inc. como líder mundial em movimentação de fluidos, confere à TECITEC plena capacidade de atuar no seu segmento com suporte tanto a nível de equipamentos como a nível de tecnologia e materiais.
Dessa forma, temos atualmente três configurações de equipamentos destinados a tratamento de óleos emulsionados ou solúveis como segue:
O princípio básico para tratar efluentes com óleos solúveis, é desestabilizar o complexo emulsivo para que o óleo se separe da água pela diferença de densidades (água = 1,0 g/cm3 e o óleo normalmente entre 0,7 a 0,8 g/cm3).
Desta forma podemos representar graficamente o processo em três fases como segue:
01 – QUEBRA ÁCIDA
Para desestabilizar o complexo emulsivo, é necessário acidificar o meio até pHs em torno de 1,5 a 2,0 dependendo do tipo do óleo. Normalmente se utiliza como reagente ácido o H2SO4 (ácido sulfúrico). Porém, alguns efluentes de óleo solúveis têm pouca ou nenhuma carga para floculação, então será necessário adicionar-se outro reagente com base em Ferro ou Alumínio (sulfato de alumínio, cloreto férrico etc.), para que, quando neutralizarmos o efluente, haja a formação de flóculos. Podemos utilizar também o Policloreto de Alumínio (TCT-PAC) que é um reagente ácido que contem alumínio.
Para processos contínuos, encaminhar a emulsão após sua quebra para um Separador contínuo de Óleos tipo coalescente, pois esse Separador de Óleos acelera a separação das gotas de óleo já livres da emulsão através do módulo coalescente de lamelas, como abaixo:
FIGURA 02 – Quebra Ácida
02 – QUEBRA POR COAGULAÇÃO E FLOCULAÇÃO
Neste caso, para desestabilizar o complexo emulsivo que normalmente foi criado pela ação de agentes tensoativos, temos que gerar diferenciais elétricos para neutralizar as cargas fornecidas por estes agentes surfactantes. Dependendo da emulsão criada, pode ser necessária a ação de mais de um produto químico, como um coagulante e um floculante, onde cada um desempenhará uma função específica, ou seja, um forçará a quebra da emulsão, mas devido às cargas elétricas resultantes não serem suficientemente fortes para separar definitivamente a dispersão, aí entra o floculante que se encarregará de reunir os pequenos coágulos em flóculos maiores e assim facilitar a flotação dos mesmos.
No equipamento TECITEC a primeira câmara é dotada de um agitador / gerador de microbolhas, que além de auxiliar na flotação das partículas em suspensão, também favorece maior atuação dos agentes coagulantes e floculantes, demandando assim menor consumos desses produtos que os flotadores convencionais.
Da mesma forma que na quebra ácida, recomendamos que para processos contínuos, a emulsão já rompida seja encaminhada para um Separador contínuo de Óleos tipo coalescente, para acelerar o processo da separação.
Gerador de microbolhas para auxiliar a flotação
FIGURA 03 – Quebra por Coagulação e Floculação
03 – SEPARAÇÃO POR PENEIRA MOLECULAR
Conforme já foi citada anteriormente, a peneira molecular de leito de minerais mistos, fazem a separação de compostos por seletividade e atratividade molecular. Neste caso, para desestabilizar o complexo emulsivo que normalmente foi criado pela ação de agentes tensoativos, as cargas existentes dentro dos retículos (peneira) é que fornecem o potencial necessário para romper a emulsão e ao mesmo tempo reter as moléculas rompidas de acordo com sua afinidade.
No sistema TECITEC, o efluente contaminado com óleo, é enviado para um Separador de Óleos por placas coalescentes, para a remoção da parcela não emulsiva, e na seqüência será bombeado através de um filtro de alta pressão composto por um leito misto de minerais, onde prováveis residuais de óleo emulsionado, serão removidos e retidos nos alvéolos moleculares existentes na composição deste leito misto.
Periodicamente, deverá ser realizada uma retro-lavagem do filtro, para que se eliminem possíveis caminhos preferenciais de liquido na carga filtrante, que podem provocar a saturação desigual do mineral. O efluente da retro-lavagem deverá ser encaminhado para a entrada do Separador de Óleos.
Quando ocorrer a saturação da carga filtrante, esta deve ser substituída, e a carga saturada deve ser descartada como um resíduo de classe II, em aterros industriais.
FIGURA 04 – Quebra por Peneira Molecular
Separador de óleo tipo Coalescente
Este equipamento é destinado a separar óleo não emulsionados em água ou efluente. Totalmente fabricado em materiais não sujeitos a corrosão, podendo operar com faixas de pH de 0 a 14, e temperaturas de até 50 C°. Trabalha em regime contínuo com drenagem constante do óleo separado, para um tambor ou tanque posicionado lateralmente ao equipamento. Especialmente desenhadas, as lamelas podem ser facilmente removidas para limpezas periódicas (cada 60 a 90 dias).Para facilitar ainda mais esta operação, temos drenos de fundo instalados em pontos estratégicos, que serão interligados ao tanque de equalização do sistema de tratamento de efluentes.
Fabricado em Chapas de polipropileno espessura 15 mm
Conexões Polipropileno
Lamelas Especiais em Polietileno
Vazões De 0,25 a 40 m3/hora
Eficiência Teor máximo de óleos e graxas na saída de 15 ppm
Skimer Em PVC com regulagem de filme de permanência
Quebra Ácida: Tanque para mistura, agitador, dosador controlado por pH
Floculação: Tanque para mistura, gerador de microbolhas, dosadores controlados por pH.
Polimento: Filtro de alta pressão em aço carbono revestido, com sistema de retro-lavagem
ESQUEMA DAS FORÇAS VETORIAIS QUE ATUAM NO MÓDULO COALESCENTE DE LAMELAS, DE UM SEPARADOR DE ÓLEOS EM REGIME LAMINAR DE FLUXO.
FORÇAS VETORIAIS
E = EMPUXO e V = VELOCIDADE