MODELAGEM E ANÁLISE DA EFICIÊNCIA DE UMA ETE NA REDUÇÃO DO TEOR DE POLUENTE ORGÂNICO CONTIDO EM EFLUENTE INDUSTRIAL

MODELAGEM E ANÁLISE DA EFICIÊNCIA DE UMA ETE NA REDUÇÃO DO TEOR DE POLUENTE ORGÂNICO CONTIDO EM EFLUENTE INDUSTRIAL

MATOS, J. S.1

1Graduanda de Engenharia Química; Universidade Federal de Mato Grosso;

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1. INTRODUÇÃO

Nos últimos anos houve uma intensificação dos debates acerca da preservação do meio ambiente e, consequentemente, uma mudança na postura das empresas que, hoje, destinam grandes investimentos à pesquisa de alternativas que minimizem os impactos gerados pelos seus processos produtivos(1). Desse modo, os efluentes líquidos, resíduos sólidos e emissões atmosféricas gerados nos processos industriais são tratados a fim de não prejudicarem a qualidade dos ecossistemas nos quais são descartados (2).

 Embora o tratamento de efluentes tenha sido visto pela indústria química apenas como uma necessidade ao longo dos anos, este pode representar uma possibilidade de retorno financeiro, a partir do reaproveitamento do efluente ou ainda dos subprodutos gerados(1)(2). Pois, os custos de implantação e de operação das ETE’s (Estações de Tratamento de Efluentes), unidades responsáveis por métodos de separação e descarte correto dos resíduos, são inferiores aos associados à captação e ao tratamento de águas de mananciais ou a compra de água oferecida por empresas de saneamento de sistemas potáveis(3).

Em geral, em uma ETE são necessários mais de um tipo de tratamento, determinado a partir da complexidade do resíduo, e os equipamentos são dimensionados de acordo com as características do efluente que cada etapa do processo receberá(1). Neste contexto, é fundamental melhorar a eficiência do processo de modo a reduzir o custo e aumentar o retorno financeiro, garantindo o descarte do efluente dentro das especificações da resolução CONAMA nº 357, de 17 de março de 2005(4).

Entre os métodos de tratamento destes resíduos, o mais utilizado para efluentes oriundos de processos industriais com poluentes químicos é a diluição, que consiste na adição de um solvente à um soluto até atingir o teor desejado(5).  Dessa forma, o profissional responsável pelo processo deve conhecer o efluente e a unidade de tratamento, dominar os aspetos relacionados ao reator a ser utilizado, o balanço de massa do processo considerando a cinética da reação e, sobretudo, estudar os efeitos da temperatura na eficiência do processo. Nestas circunstâncias, a modelagem computacional torna-se uma ferramenta eficaz de estudo e análise, tendo em vista a possibilidade de compreensão da dinâmica dos processos de tratamento e otimização dos parâmetros operacionais(6).

O objetivo deste trabalho, portanto, é analisar a eficiência de uma estação de tratamento de efluente orgânico a partir da modelagem do sistema e da avaliação da influência da temperatura na taxa de reação e da vazão de água no processo de diluição, verificando se a concentração final de poluente na corrente de saída da unidade atende as especificações da norma vigente.

1. METODOLOGIA

A estação de tratamento analisada é composta por dois tanques cilíndricos, ambos de 1 metro de altura e diâmetros de 1,12m e 1,6m, associados em série, cujo objetivo é reduzir o teor de poluente orgânico contido no efluente líquido de um processo industrial.  Neste sistema, o primeiro tanque recebe uma entrada de 1000 L/h de efluente a uma concentração de 500ppm de poluente e 200 L/h de água. Enquanto que o tanque 2 é alimentado por duas vazões de efluente, uma que sai do primeiro tanque e outra de 5500 L/h com concentração de 90ppm de poluente.

O balanço de massa do sistema é determinado pela relação expressa a seguir.

                ( 1) [pic 1]

        Considerando as vazões mássicas tem-se a expressão indicada na Equação 2:

        ( 2)[pic 2]

        Onde, a vazão mássica do componente A, neste caso o poluente, pode ser escrita como , sendo  a concentração de poluente e  a vazão da corrente de efluente. Já a taxa de consumo da reação (pode ser expressa como , onde  é a constante da velocidade da reação, em função da temperatura, indicada na Equação 3. Nesta equação, a energia de ativação da reação () é 6000 cal/mol, e  é uma constante cujo valor é 4,4x104 h-1.[pic 3][pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8][pic 9][pic 10]

                                                    ( 3)[pic 11]

        Desse modo, a equação geral de balanço para esta unidade de tratamento pode ser expressa conforme a Equação 4.

                           ( 4)[pic 12]

Sendo ,  e ,  a vazão de alimentação de efluente e volume referente aos tanques 1 e 2, respectivamente, e  a vazão da corrente de saída do primeiro tanque, as equações que modelam este sistema para a concentração de resíduo químico são representados nas Equações 5 e 6.[pic 13][pic 14][pic 15][pic 16][pic 17]

                               ( 5)[pic 18]

                         ( 6)[pic 19]

Onde,  e  são as concentrações de poluente, nesta ordem, que saem do Tanque 1 e 2.[pic 20][pic 21]

Para avaliar a influência da variação brusca de temperatura de 27°C para 5°C, foi implementado um código no software Scilab© com base nas Equações 5 e 6 que regem o modelo e a equação da taxa de reação (Equação 3). Determinou-se os teores de poluente dos fluxos de saída de cada um dos tanques, nos dois estados estacionários, pelo método numérico de Newton Raphson univariável.

Em seguida, utilizando-se do método de integração de Runge Kutta de quarta ordem determinou-se, graficamente, os perfis de variação de concentração em relação ao tempo dos dois tanques de acordo com a perturbação gerada pela variação da temperatura. Alterou-se, também, a vazão de água na alimentação do tanque 1 para verificar o impacto na eficiência do sistema.

Por fim, foi feita uma simulação do modelo com a ferramenta de programação por blocos Xcos, também no Scilab©, que requer a representação das equações diferenciais em espaço de estados, indicadas nas Equações 7 e 8.