O projeto de tratamento de águas da indústria química de carvão da Zhongmei Tuk passou pela avaliação de emissões zero

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Projeto de tratamento de águas residuais da indústria química a base de carvão da Zhongmei Tuk passou pela avaliação de emissões zero. Autor/Fonte: Data: 12/04/2016. Número de visualizações: 30. Recentemente, o projeto de desenvolvimento e aplicação de sistemas de tratamento de águas residuais e de emissões zero na indústria química a base de carvão da empresa Zhongmei Group Ordos Energy Chemical Co., Ltd., foi bem-sucedido na avaliação realizada por especialistas organizados pela Associação da Indústria do Carvão da China. Esse projeto permite a reciclagem de 4,702 milhões de toneladas de águas residuais por ano, com uma taxa de reutilização de 98%. Considerando um custo de 10 yuan por tonelada de água, é possível economizar cerca de 5 milhões de yuan por ano graças à reciclagem das águas residuais. Análise de caso de zero emissões de efluentes químicos provenientes da indústria de carvão da Zhongmei Tuke 1 Introdução O processo EBA é uma tecnologia de tratamento desenvolvida pela Harbin Institute of Technology, destinada ao tratamento de efluentes com alta concentração de fenol e amônia, gerados por fornos do tipo Lurgi, BGL e fornos de pirólise a baixa temperatura. Embora as águas residuais com alta concentração de fenol e amônia sejam tratadas por meio de processos de recuperação desses compostos, as composições das águas que entram no sistema de tratamento biológico continuam sendo complexas e tóxicas. Nesses casos, a concentração de compostos de fenol pode chegar a 200–1000 mg/L, enquanto a concentração de nitrogênio amônico pode atingir 100–300 mg/L. O processo EBA permite que as águas residuais com alta concentração de fenol e amônia atendam aos padrões necessários para serem reutilizadas, por meio de técnicas que aumentam a biodegradabilidade das águas residuais, reduzem sua toxicidade e melhoram a atividade do lodo. Isso oferece uma garantia sólida para o tratamento seguro, estável, energeticamente eficiente e contínuo das águas residuais provenientes da indústria do carvão. 2 Introdução à tecnologia: O processo EBA possui vantagens como alta carga orgânica, grande flexibilidade, curto tempo de permanência da água, pequeno espaço ocupado, baixos investimentos em infraestrutura, além de baixos custos de energia e operação. Essa tecnologia de combinação biológica inclui: o processo anaeróbico de circulação externa (external circulation anaerobic process), o processo de enriquecimento biológico (biological enhanced process), além de uma série de técnicas de tratamento bioquímico baseadas no processo A/O em vários estágios. Além disso, são utilizadas técnicas adicionais como sedimentação de alta densidade, técnicas de oxidação avançada e o BAF (biological aerated filter) para um tratamento mais eficaz. Na etapa de pré-tratamento, é utilizada a tecnologia de flutuação com nitrogênio para remoção de óleo (**tecnologia patenteada**). A flutuação com nitrogênio permite evitar o aumento da cor das águas residuais devido à pré-oxidação com ar, bem como o acúmulo de espuma. Além disso, essa técnica evita também os problemas relacionados à dificuldade de degradação biológica dos produtos intermediários da pré-oxidação, como as quinonas. Dessa forma, são criadas condições favoráveis para o tratamento biológico posterior. A tecnologia de circulação externa anaeróbia EC (**tecnologia patenteada**) permite a realização do processo de co-metabolismo anaeróbio. Ela melhora a qualidade da água residual rica em fenol e amônia, além de promover a conversão de parte dos compostos orgânicos em substâncias carboxiladas e benziladas. Dessa forma, evita-se a transformação dos polifenóis em quinonas, reduzindo assim as dificuldades no tratamento biológico aeróbico posterior e diminuindo o esforço necessário para sua operação. A tecnologia BE de concentração biológica (**tecnologia patenteada**) reduz efetivamente a toxicidade das substâncias fenólicas em condições de baixo teor de oxigênio dissolvido, por meio do controle de parâmetros específicos como condições hidráulicas adequadas, alto teor de aditivos biológicos, alta concentração de lodo e longo tempo de permanência do lodo. Essa tecnologia permite a remoção de matéria orgânica, além da nitrificação, desnitrificação e remoção de nitrogênio em um único processo. A relação de refluxo da tecnologia de desnitrificação A/O em vários estágios pode ser ajustada conforme necessário. Para resolver o problema da proporção C:N insuficiente dos resíduos orgânicos e do nitrogênio amônico presentes na água resultante do tratamento biológico BE, são realizados processos intensificados de nitrificação e denitrificação do nitrogênio amônico. As condições operacionais alternadas entre fase anóxica e aeróbica da tecnologia A/O em vários estágios permitem melhorar as propriedades dos poluentes difíceis de degradar, facilitando assim a degradação dos poluentes orgânicos remanescentes na água residual. A tecnologia de precipitação de alta densidade utiliza, principalmente, a capacidade de adsorção físico-química da diatomácea ativa para remover ainda mais o COD de difícil degradação presente na água resultante do processo A/O. Ao mesmo tempo, a diatomácea ativa faz com que os sólidos em suspensão na água poluída também sejam precipitados. Parte da diatomácea ativa presente no lodo de sedimentação é devolvida, na forma de flocos, para a primeira seção da etapa de adsorção, a fim de continuar a reagir. Outra parte da diatomácea ativa é levada, juntamente com o lodo de sedimentação, para a sala de desidratação do lodo. A tecnologia de oxidação avançada utiliza a técnica de oxidação com ozônio heterogêneo. Trata-se de um processo de oxidação avançada cujo objetivo é gerar radicais livres altamente reativos, como os ·OH. Esse processo segue o mecanismo de reação dos radicais hidroxila, e possui amplas perspectivas de aplicação e campo de uso. A tecnologia BAF utiliza materiais filtrantes hidrofílicos, que possuem funções de adsorção, filtração e biodegradação, permitindo o tratamento adicional das substâncias orgânicas remanescentes e do nitrogênio amônico presentes nas águas residuais. Em 3 casos típicos, o projeto de tratamento de águas residuais da China Coal Ordos Energy Chemical Co., Ltd. lida com as águas residuais provenientes do forno de gaseificação BGL. As características dessas águas residuais incluem: ① grande quantidade de substâncias surfactantes nas águas residuais, o que causa a formação de muita espuma durante o processo de aeração aeróbica ； ②As substâncias oleosas presentes nas águas residuais estão em estado de emulsão; os métodos como separação por óleo e flotação sob pressão apresentam um bom desempenho na remoção dessas substâncias ； ③Os principais contaminantes presentes nas águas residuais são fenóis monofásicos e polifásicos, nitrogênio amônico, nitrogênio orgânico, ácidos graxos, além de pequenas quantidades de hidrocarbonetos aromáticos, naftaleno, antraceno, tiofeno, piridina e outros compostos orgânicos difíceis de serem degradados. A biodegradabilidade das águas residuais é baixa (B/C menor que 0,3) ； ④Os principais indicadores de poluição nas águas residuais são: COD = 3500–4000 mg/L, BOD = 900–1120 mg/L, fenóis totais = 600–800 mg/L, nitrogênio amônico = 250–350 mg/L. A vazão das águas residuais é de 350 m3/h. A construção do sistema de tratamento de águas residuais da Zhongmei Ordos Energy Chemical Co., Ltd. começou em maio de 2012. Em janeiro de 2014, a equipe técnica da Universidade de Engenharia de Harbin supervisionou a configuração do sistema de tratamento de águas residuais. Atualmente, a carga de água que entra no sistema já atinge a capacidade projetada. Após 15 meses de funcionamento estável, 100% da água tratada pelo sistema bioquímico é reutilizada no sistema de água bruta. Diariamente, de 600 a 720 toneladas de água com alta concentração entram no sistema de evaporação, resultando na produção de 12 a 20 toneladas de sal. O sistema de tratamento de efluentes da Zhongmei Ordos Energy Chemical Co., Ltd. consegue alcançar uma emissão zero, em verdadeiro sentido. 3.1 Breve descrição do processo: O fluxo do processo de tratamento de águas residuais ricas em fenol e amônia pela Zhongmei Ordos Energy Chemical Co., Ltd. é mostrado na Figura 1. http://s13.sinaimg.cn/mw690/001wbQd9zy6SsKQ4n0wdc&690 As águas residuais com alta concentração de fenol e amônia, bem como as águas residuais domésticas da fábrica, são direcionadas para tanques de tratamento específicos, a fim de se ajustar a qualidade e a quantidade dessas águas. Os efluentes domésticos e os resíduos contendo fenol e amônia, após serem pré-tratados de acordo com suas características, são misturados em poços de distribuição anaeróbica. Em seguida, essa mistura é enviada à torre anaeróbica de circulação externa do EC. Esse processo permite reduzir a toxicidade dos resíduos contendo fenol e amônia, melhorar sua biodegradabilidade e, ao mesmo tempo, diminuir as concentrações de COD e de fenol total. A água de saída da torre anaeróbica de circulação externa do EC precisa passar por um tanque de circulação anaeróbica, a fim de que o lodo anaeróbico seja reciclado. O lodo precipitado é então levado ao tanque de distribuição anaeróbica, de onde é enviado novamente à torre anaeróbica de circulação externa do EC, por meio de uma bomba de elevação anaeróbica. O sistema de concentração biológica BE utiliza um design em forma de corredor: as águas residuais contendo fenol e amônia passam primeiro por um corredor externo em formato circular, antes de entrar no corredor interno de tipo defletor. O sistema A/O de vários níveis é integrado ao tanque de sedimentação secundário. O sistema A/O possui um design de corredores em forma de “Y”, sendo que um tanque de sedimentação é instalado na extremidade. No fundo dos corredores do sistema A/O de vários níveis, são instalados dispositivos de aeração de forma uniforme. A ativação ou desativação desses dispositivos é controlada por válvulas. Isso permite ajustar a proporção entre o volume dos tanques A e O, de acordo com a qualidade da água de entrada, visando obter os melhores resultados na remoção de substâncias orgânicas e na desnitrificação. Para melhorar a eficácia da oxidação avançada com ozônio, os efluentes do tanque de sedimentação secundária são submetidos a um tanque de sedimentação de alta densidade antes de entrarem no tanque de oxidação por contato com ozônio. Isso permite aumentar a eficiência da oxidação pelo ozônio. A água tratada com ozônio precisa ficar em repouso por 30 minutos, para que o ozônio que não reagiu completamente seja liberado. Em seguida, a água passa pelo filtro BAF, onde são removidos ainda mais os compostos orgânicos e o nitrogênio amoniacal. http://s16.sinaimg.cn/mw690/001wbQd9zy6SsKVSirJ1f&690 Figura 2: Vista geral do sistema de tratamento de águas residuais com alta concentração de fenol e amônia, da empresa China Coal Ordos Energy Chemical Co., Ltd. http://s15.sinaimg.cn/mw690/001wbQd9zy6SsKUBIrcde&690 Figura 3: Variação da cor da água após o tratamento em diferentes etapas do processo. http://s11.sinaimg.cn/mw690/001wbQd9zy6SsKWIyme6a&690 Figura 4: Área de armazenamento dos sais resultantes da cristalização da água salgada concentrada. http://s6.sinaimg.cn/mw690/001wbQd9zy6SsKXGoole5&690 Figura 5: Indicadores de desempenho relacionados à cristalização dos sais resultantes da água salgada concentrada. Este sistema de tratamento de águas residuais é utilizado principalmente para a remoção de COD, amônia e fenol. Após 15 meses de operação estável (de dezembro de 2013 a março de 2015), as taxas de remoção de COD, amônia, fenol volátil e fenol total atingiram 98%, 99%, 100% e 98%, respectivamente. A qualidade da água tratada atende aos requisitos estabelecidos pela norma industrial chinesa HG/T3923-2007, relativa às especificações de qualidade da água reutilizada para sistemas de resfriamento. Os indicadores específicos de controle da qualidade da água são os seguintes: http://s15.sinaimg.cn/mw690/001wbQd9zy6SsL3tnWede&690 http://s5.sinaimg.cn/mw690/001wbQd9zy6SsL3GueU14&690 Figura 6: Valores de monitoramento em tempo real do COD na água do tanque de tratamento. http://s1.sinaimg.cn/mw690/001wbQd9zy6SsL4EmY000&690 Figura 7: Valores de monitoramento em tempo real do teor de amônia na água do tanque de tratamento. Conclusão: O processo EBA, desenvolvido pela equipe do professor Han Hongjun da Universidade de Engenharia de Harbin, foi com sucesso aplicado no projeto de tratamento de águas residuais com “zero emissões” da empresa China Coal Ordos Energy Chemical Co., Ltd. Esse processo apresenta vantagens como ocupação de espaço reduzida, baixo investimento, custos operacionais baixos, alta qualidade da água produzida, operação simples e estabilidade no funcionamento. Desde janeiro de 2014, o projeto de zero emissões de águas residuais da China Coal Ordos Energy Chemical Co., Ltd. está em operação há 17 meses. Não existem pontos de descarte de resíduos líquidos na fábrica; toda a água residual é tratada e reutilizada no sistema de água bruta. O investimento total para o processo EBA é de 0,8 milhões de yuan/m3d (1000 m3/h = 190 milhões de yuan). Atualmente, os custos operacionais estimados pela empresa são de 2,85 a 3,15 yuan/m3. Em comparação com processos convencionais de oxidação físico-química e biológica, esse processo permite uma economia de 40-60% nos custos de investimento e de 50-80% nos custos operacionais, permitindo assim uma verdadeira eliminação das emissões de águas residuais.