Tratamento de águas oleosas nas indústrias

Tratamento de águas oleosas nas indústrias

Frente às exigências cada vez mais rigorosas dos órgãos reguladores ambientais, o enquadramento da água oleosa gerada em diversas atividades industriais constitui-se atualmente em um dos maiores desafios à perfeita adequação ambiental de indústrias e prestadoras de serviços que atuam nos mais variados ramos de atividade.

Além do óleo, outras impurezas podem estar contidas em uma água oleosa. Para que sejam atendidos os padrões ambientais de descarte e/ou as características necessárias para o reuso da água, o tratamento de uma água oleosa pode se tornar uma operação complexa e dependente de processos altamente eficientes. Visando atingir esse objetivo da maneira mais simples, barata e eficiente possível, a ENGENHO NOVO desenvolveu um sistema de tratamento da água oleosa que é hoje o que há de mais apropriado e versátil para tratar os efluentes oleosos gerados nas mais diferentes atividades industriais, como por exemplo:

• Em usinas de açúcar e álcool, as águas residuais do setor de moagem, contendo óleos, graxas e lubrificantes, além de resíduos de bagaço de cana, terra e areia, entre outros.

A seguir é apresentada uma discussão sobre algumas características das águas oleosas e das suas formas de tratamento.

Água Oleosa é um termo genérico usado para descrever todas as águas que apresentam quantidades variáveis de óleos, graxas e lubrificantes, além de uma variedade de outros materiais em suspensão, que podem incluir areia, terra, argila e outros, e uma gama de substâncias coloidais e dissolvidas, tais como detergentes, sais, metais pesados, etc.

Os óleos e graxas podem estar presentes na água oleosa em duas formas distintas: livres ou emulsionados. O óleo livre é aquele que corresponde a uma fase visivelmente distinta da fase aquosa, isto é, ele não se mistura com a água, e pela sua densidade aparece flutuando na superfície da água ou como gotículas em suspensão, sendo facilmente identificável na água oleosa (de uma maneira simples, o óleo livre é aquele que você é capaz de "ver" na água).

Água oleosa contendo óleo livre.

Quando a água oleosa contém óleo emulsionado, o óleo se encontra tão intimamente misturado e estabilizado na água que a sua presença não pode ser distinguida a olho nu. Visualmente, tem-se um sistema "monofásico" água-óleo, que é conhecido como emulsão. Por sua vez, uma emulsão é composta por inúmeras micelas, que são as unidades básicas que compõe esse sistema. (Ver figuras abaixo.)

Em condições de equilíbrio, o óleo puro é imiscível na água pura, e não ocorre a formação de emulsões, ficando apenas óleo livre em suspensão na água. Para que exista uma emulsão são necessárias duas condições: i) deve haver uma dispersão mecânica do óleo na água e viceversa, com a introdução de minúsculas gotículas de uma fase no interior da outra, e i) o meio deve conter algum agente químico que seja capaz de estabilizar essas gotículas de uma fase no interior da outra fase, impedindo a sua coalescência, isto é, que as gotículas se unam umas às outras, crescendo e voltando a formar fases distintas. Na prática, a presença de óleo emulsionado é muito comum, e pode-se dizer que uma água oleosa contém sempre óleo emulsionado, sendo o óleo livre a parcela de óleo que se encontra em excesso.

A dispersão mecânica da mistura óleo-água pode ocorrer de diferentes maneiras como, por exemplo, pela turbulência causada pela passagem da água oleosa através de bombas, tubulações, etc., pelo atrito da mistura junto a peças mecânicas, pela presença de agitadores mecânicos, por borbulhamento de ar, etc.

Por sua vez, a molécula do agente químico que precisa estar presente na água oleosa para estabilizar as emulsões deve possuir uma região hidrofóbica (isto é, uma região apolar que apresenta repulsão pela água e atração pelo óleo) e uma região hidrofílica (região polar que, ao contrário, apresenta atração pela água e repulsão pelo óleo), de forma que a mesma seja capaz de formar uma ponte estável entre as fases óleo (apolar) e água (polar), unindo-as de forma íntima e estável. Os compostos que exibem essa característica consistem em moléculas orgânicas que contêm, ao mesmo tempo, longas cadeias apolares de hidrocarbonetos (parte hidrofóbica que irá se ligar intimamente ao óleo) e uma extremidade polar (uma função orgânica iônica hidrofílica que se liga à água). Esses compostos são chamados apropriadamente de agentes surfatantes, o que literalmente quer dizer "agentes que atuam na superfície", uma vez que a sua ação tem lugar nas interfaces (superfícies) entre as fases água e óleo. Dentre os surfatantes mais comuns estão os detergentes.

Molécula de Surfatante.

Processo de formação de uma emulsão de óleo em água pela adição de um agente surfatante e agitação, e detalhe de uma micela água-óleo.

Uma vez que o surfatante atua somente na interface entre as fases água e óleo, e não na totalidade dessas fases, mesmo quantidades muito pequenas de surfatante são suficientes para estabilizar grandes quantidades de uma fase na outra e formar uma emulsão.

As figuras a seguir mostram as diferenças no aspecto visual exibidos pelos óleos livre e emulsionado. Na figura da esquerda, primeiro é mostrado o óleo puro e a mistura imiscível água-óleo; na seqüência, após a adição de uma pequena quantidade de agente surfatante e de agitação, é mostrada a emulsão óleo-água que se forma, onde é impossível distinguir o óleo da água. A foto da direita mostra outro exemplo da mesma situação.

Óleo livre e óleo emulsionado

Quando se pensa em separar o óleo presente em uma água oleosa é importante lembrar que não basta retirar apenas o óleo livre, uma vez que também é indispensável a remoção do óleo que está emulsionado no meio.

Separação do Óleo Livre

O óleo livre, por já se encontrar completamente estratificado da água, pode ser removido com relativa facilidade, bastando para tal um decantador, hidrociclone, centrífuga ou flotador que seja capaz de proporcionar as condições necessárias para que as menores gotículas de óleo em suspensão na água oleosa sejam separadas por diferença de densidade e formem uma fase contínua e independente. Com freqüência, para a separação do óleo livre são empregados decantadores com placas, lamelas ou colméias paralelas feitas a partir de um material hidrofóbico, as quais auxiliam na aglutinação (união) das gotículas de óleo, tornandoas maiores e, portanto, de separação mais fácil e rápida. A separação do óleo livre é, em geral, um processo exclusivamente físico, e não apresenta maiores complexidades.

Separação do Óleo Emulsionado

O óleo que se encontra emulsionado, no entanto, é muito mais difícil de ser separado da água. Ele está microscopicamente disperso no meio, e cada gotícula de óleo, que é invisível ao olho nu, se encontra altamente estabilizada junto à água devido à presença das impurezas surfatantes. Em um sistema desse tipo, apenas o emprego de equipamentos de separação gravitacional (decantadores ou flotadores sem o auxílio de produtos químicos, os quais são sistemas físicos), estejam eles equipados ou não com placas, lamelas ou colméias hidrofóbicas coalescentes, não surte qualquer efeito apreciável sobre a remoção do óleo presente na água oleosa. Para promover a separação do óleo que se encontra emulsionado é fundamental que se tenha no processo uma etapa inicial de desestabilização da emulsão.

A desestabilização da emulsão é feita através de um tratamento químico da água oleosa contendo o óleo emulsionado, mediante a adição de eletrólitos capazes de deslocar os surfatantes da interface água-óleo sob condições específicas de pH e de potencial iônico que variam de acordo com cada tipo de água oleosa. Isso permite que as microscópicas gotículas de óleo presentes no meio se aproximem umas das outras e se unam (coalesçam) para formar gotículas maiores, que "aparecem" na água oleosa como óleo livre. Entretanto, esses eletrólitos, além de deslocar o surfatante, podem também atuar como um agente coagulante, criando uma ponte forte e estável entre as micro-gotículas de óleo, que assim crescem mais rapidamente e de forma irreversível. Após as gotículas de óleo terem coalescido e "aparecido", a sua separação gravitacional torna-se possível. Em conclusão, a separação do óleo que está emulsionado passa, obrigatoriamente, por um processo de separação físico-químico.

O Processo de Tratamento

Nos últimos anos, as legislações ambientais vêm se tornando cada vez mais rigirosas. Para o seu cumprimento não basta simplesmente retirar o óleo que está presente na forma livre, sendo necessária também a remoção da quase totalidade do óleo que está presente na forma emulsionada.

Para o caso mais geral, onde a água oleosa contém óleo livre e óleo emulsionado, o processo de tratamento da água oleosa deve compreender as seguintes etapas principais:

• Decantação: para a remoção da parcela de óleo livre já separado, evitando um maior consumo de produtos químicos na etapa seguinte; é aplicável toda vez que a parcela de óleo livre é significativa.

• Tratamento físico-químico: para a quebra da emulsão, coagulação e floculação das gotículas de óleo. • Flotação: para a separação da fase óleo floculada da água tratada.

Decantação do Óleo

Apesar da decantação ainda ser o processo de separação mais difundido, ela vem perdendo rapidamente a sua importância, uma vez que não atende aos requisitos ambientais de separação da parcela de óleo emulsionado, sendo recomendada apenas para a separação da parcela de óleo livre.

Na decantação a água oleosa é recolhida em um tanque, onde as fases água e óleo ficam em repouso, ou pelo menos sem agitação, durante o tempo necessário para que elas sejam completamente separadas apenas pela ação da força da gravidade. O óleo, por ser mais leve do que a água, se acumula na superfície, enquanto a fase aquosa, mais pesada, decanta ao fundo do equipamento. A velocidade do processo de separação é diretamente proporcional à diferença entre as densidades do óleo e da água.

Para referência, a tabela a seguir apresenta as densidades relativas de alguns óleos:

Componente Densidade Relativa Componente Densidade Relativa

Água 1,0 Petróleo 0,87 Óleo Vegetal 0,93 Querosene 0,80 Óleo Mineral 0,91 Benzina 0,74 Parafina 0,89 Gasolina 0,73

Tratamento Físico-Químico

Como citado anteriormente, as etapas de quebra da emulsão e de coagulação/floculação das gotículas de óleo são promovidas pela adição à água oleosa de um agente químico cujas características específicas dependem do tipo de óleo que está sendo tratado e do surfatante que existe no meio. Este agente, que pode ser um eletrólito catiônico ou aniônico, composto por sais ou por substâncias orgânicas polivalentes, atua deslocando e anulando eletricamente as moléculas de surfatante que estão junto à superfície da gotícula de óleo, deixando o caminho livre para a formação de uma fase de óleo livre (alguns agentes químicos vão ainda além, promovendo também a aglutinação de várias gotículas de óleo).

Flotação do Óleo

Uma vez que as fases óleo e água estejam estratificadas, resta apenas a separação de uma fase da outra. Como no caso do óleo livre (descrito acima), essa separação pode ser feita através de processos de decantação, hidrociclonação, centrifugação ou flotação, os quais se baseiam na diferença entre as densidades das fases. Entretanto, o agente químico que foi adicionado para desestabilizar a emulsão se precipita na forma de um composto com alta densidade, o qual, ao se misturar à fase óleo, torna essa fase mais pesada, aproximando sua densidade à da água, o que torna a separação das fases muito mais lenta e ineficiente, principalmente quando se emprega um processo de decantação. Os processos de centrifugação e hidrociclonação são de alto investimento, por isso encontram aplicação restrita no tratamento de efluentes industriais contendo água oleosa.

Na flotação adiciona-se à água oleosa uma grande quantidade de minúsculas bolhas de um gás (geralmente ar), as quais, pela natureza hidrofóbica do óleo, se aderem às gotículas de óleo de forma firme e estável. Com isso, há a formação de um sistema óleo-gás com densidade muito inferior à da água onde ele se encontra, independente de ter havido a adição de um agente químico para desestabilizar a emulsão. E, como aqui a velocidade de separação também é diretamente proporcional à diferença entre as densidades das fases, o sistema óleogás formado tende a se deslocar para a superfície do líquido com muito mais rapidez e eficiência, onde se acumula e de onde pode ser removido com facilidade.

Importante salientar que uma boa etapa de aeração é fator fundamental para um processo de flotação eficiente e otimizado. A aeração deve ser compatível com as características do efluente que está sendo tratado, tanto em termos da quantidade de ar quanto em tamanho das bolhas. Nesse contexto, a aeração através de ejetores de mistura é a tecnologia mais avançada e que apresenta os melhores resultados, pois é capaz de combinar os tipos de aerações por ar dissolvido e por ar disperso, fornecendo ao meio líquido a quantidade de ar adequada na forma de micro-bolhas (que são perfeitas para os processos de flotação), e com baixo custo energético, pois opera a baixa pressão.

A separação do óleo por flotação consiste na melhor alternativa para o tratamento de águas oleosas, esteja o óleo livre ou emulsionado, pois é de baixo custo (equipamentos compactos), fácil operação e muito eficiente, garantindo o cumprimento das exigências ambientais e, muitas vezes, permitindo o reuso da água.

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