Resposta rápida: As águas residuais de metais pesados são tratadas convertendo os metais dissolvidos em sólidos insolúveis — geralmente hidróxidos, elevando o pH com cal ou soda cáustica, às vezes sulfetos quando o limite é muito baixo — e depois sedimentando e desidratando o lodo. O lodo é a parte cara: o lodo de hidróxido contém 96–99% de água quando sai do clarificador, e um filtro-prensa é o que o transforma em uma torta que você pode transportar como resíduo perigoso.
O que conta como águas residuais de metais pesados
Água de enxágue de galvanoplastia e acabamento de metais, corrosão de placas de circuito impresso, linhas de decapagem, fabricação e reciclagem de baterias, água de minas e rejeitos, efluentes de curtumes (cromo) e alguns fluxos têxteis e de pigmentos. Os metais que os reguladores realmente listam são um conjunto curto. As regras de acabamento de metais dos EUA no 40 CFR Part 433 regulam cádmio, cromo, cobre, chumbo, níquel, prata, zinco e cianeto, além do total de orgânicos tóxicos, óleo e graxa, TSS e pH.
Os limites são rigorosos. Ao abrigo da Parte 433, o máximo diário para o crómio total é de 2,77 mg/L e a média mensal de 1,71 mg/L; cobre 3,38 / 2,07; níquel 3,98 / 2,38; zinco 2,61 / 1,48; chumbo 0,69 / 0,43; cádmio 0,69 / 0,26; prata 0,43 / 0,24; cianeto 1,20 / 0,65. As novas fontes enfrentam um limite de cádmio de 0,11 / 0,07 mg/L. A água de enxaguamento de uma linha de galvanoplastia pode transportar de dezenas a centenas de mg/L de metal, pelo que a remoção tem de ser superior a 99% em muitos casos.
Etapa 1: pré-tratar os fluxos que quebram a precipitação
Dois fluxos precisam ser tratados antes de qualquer outra coisa, e misturá-los ao fluxo principal é a razão mais comum pela qual uma estação de tratamento falha em seu licenciamento.
- Cromo hexavalente não precipita como hidróxido. Primeiro deve ser reduzido a crómio trivalente, tipicamente com metabissulfito de sódio a pH baixo, e só então pode ser precipitado como Cr(OH)₃ juntamente com os outros metais.
- Cianeto De banhos de galvanoplastia com cianeto é destruído separadamente por cloração alcalina antes que o fluxo se junte ao tratamento de metais. O regulamento é explícito: o monitoramento de cianeto é feito após o tratamento de cianeto e antes da diluição com outros fluxos.
- Agentes quelantes (EDTA, citrato, amônia de níquel químico ou zinco alcalino) mantêm os metais em solução e impedem a precipitação de hidróxido. Os fluxos que os contêm são segregados e tratados separadamente ou dosados com um precipitante mais forte.
Etapa 2: precipitação — hidróxido, sulfeto ou ambos
Precipitação de hidróxido
Aumente o pH com cal hidratada, soda cáustica ou hidróxido de magnésio e os metais precipitam como hidróxidos. Abaixo de pH 6, muito pouco precipita; o pH ótimo depende de qual metal e qual contra-íon estão presentes, e cada metal atinge sua solubilidade mínima em um pH diferente, então uma corrente mista normalmente é sedimentada em um pH de compromisso e, em seguida, se um único metal ainda estiver acima do limite, é polido em um segundo pH.
O manual de precipitação do Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA (EM 1110-1-4012) afirma que a precipitação de hidróxidos pode reduzir cromo, níquel, cádmio, cobre e zinco para abaixo de 1,0 mg/L, mas observa que chumbo, manganês e prata podem não ser adequadamente tratados dessa forma. A cal é a mais barata, mas produz o maior volume de lodo: a ficha informativa sobre precipitação química da EPA adverte que a cal pode aumentar o volume de lodo residual em até 50 por cento em comparação com a soda cáustica.
Precipitação de sulfeto
Os sulfetos metálicos são muito menos solúveis que os hidróxidos. O mesmo manual do USACE tabula solubilidades teóricas em água pura: hidróxido de cobre 2,2×10⁻² mg/L contra sulfeto de cobre 5,8×10⁻¹⁸ mg/L; zinco 1,1 contra 2,3×10⁻⁷; chumbo 2,1 contra 3,8×10⁻⁹; cádmio 2,3×10⁻⁵ contra 6,7×10⁻¹⁰. As reações com sulfeto ocorrem em pH próximo do neutro (7–9), e relata-se que o lodo de sulfeto é cerca de três vezes menos propenso à lixiviação em pH 5 do que o lodo de hidróxido.
O preço é o manuseio. O sulfeto de sódio e o gás sulfídrico são perigosos, o excesso de sulfeto deve ser removido do efluente, e o precipitado é fino e de sedimentação lenta. O compromisso usual é a precipitação por hidróxido como etapa principal, com um pequeno estágio de polimento por sulfeto apenas para o metal que de outra forma não atingiria seu limite — tipicamente chumbo, cádmio ou prata.
Coagulação e sedimentação
Os flocos de hidróxido recém-formados são pequenos. Cloreto férrico ou um polímero é dosado para transformá-los em flocos sedimentáveis, e a água passa para um clarificador, decantador lamelar ou unidade DAF. O subfluxo do clarificador é o lodo: tipicamente 1–4% de sólidos e, nas palavras do manual do USACE, 96 a 99 por cento de água.
Etapa 3: lodo — o fator de custo
Lodo de hidróxido metálico é geralmente um resíduo perigoso listado (nos EUA, F006 para lodo de galvanoplastia), portanto é descartado por peso a tarifas de resíduos perigosos. Cada tonelada de água transportada com os sólidos é dinheiro perdido. A desidratação, portanto, não é uma reflexão tardia; ela decide o custo operacional de toda a planta.
O manual do USACE apresenta resultados medidos de filtro-prensa de placas e quadros para lodo de hidróxido por precipitante:
| Precipitante | Sólidos de bolo | Tempo de filtração | Densidade do lodo | Volume de lodo por tonelada de sólidos secos |
|---|---|---|---|---|
| Soda cáustica (NaOH) | 30% | 7–8 h | 1.300 kg/m³ | 5,0 m³ |
| Cal hidratada (Ca(OH)₂) | 35% | 7–9 h | 1.400 kg/m³ | 4,2 m³ |
| Hidróxido de magnésio (Mg(OH)₂) | 55% | 1,5–2,0 h | 1.600–1.750 kg/m³ | 2,2 m³ |
Duas coisas se destacam. Primeiro, o precipitante que você escolhe a montante altera o resultado do filtro-prensa mais do que a própria prensa: o lodo de hidróxido de magnésio filtra quatro vezes mais rápido e produz menos da metade do volume, a um custo de reagente aproximadamente três vezes maior que o da cal. Segundo, mesmo o lodo cáustico atinge 30% de sólidos em um filtro-prensa, o que uma prensa de correia ou centrífuga raramente consegue com flocos gelatinosos de hidróxido.
Dimensionamento do filtro-prensa para lodo de hidróxido metálico
Comece a partir de sólidos secos por dia, não da vazão. Uma linha de galvanoplastia que produz 100 kg de hidróxido metálico seco por dia com 35% de sólidos na torta gera cerca de 285 kg de torta, ou aproximadamente 0,2 m³ a 1.400 kg/m³. Isso representa um ou dois ciclos por dia em um pequeno filtro-prensa de câmaras. Pontos que importam especificamente para este lodo:
- O tempo de ciclo é longo. Os tempos de filtração de 7 a 9 horas na tabela são reais; o floco de hidróxido é compressível e obstrui o tecido. Dimensione para um ciclo por turno em vez de vários.
- A compressão da membrana ajuda. A filtro-prensa de membrana pode encurtar o ciclo e elevar os sólidos do bolo em alguns pontos, o que se paga rapidamente quando a eliminação é cobrada por tonelada de resíduos perigosos.
- Escolha do tecido. Monofilamento de polipropileno com superfície calandrada libera a torta de hidróxido de forma limpa e resiste às partículas finas que obstruem o tecido multifilamento. Ver dimensionamento de filtro-prensa para efluentes de galvanoplastia para seleção de tecido e prato.
- Materiais. Placas de polipropileno e tecido suportam a variação de pH do pré-tratamento ácido à precipitação alcalina sem corrosão; a bomba de alimentação deve ser uma bomba de diafragma operada a ar ou uma bomba de parafuso em construção resistente à corrosão.
- O filtrado retorna. O filtrado do filtro-prensa carrega finos e metal dissolvido no pH de precipitação; retorne-o à entrada do clarificador, nunca diretamente para o descarte.
O que enviar para uma proposta de tratamento e desidratação
Uma consulta útil contém: o processo (tipo de galvanoplastia, corrosão, bateria, água de mina), a vazão diária, a análise da corrente bruta (cada metal, cianeto, pH, quelantes, se houver), os limites de descarga que você deve atender e como o lodo será descartado. A partir disso, podemos dimensionar a etapa de precipitação, estimar os sólidos secos por dia e selecionar a prensa, o tecido e a bomba. Se você já tem lodo, envie uma amostra: um teste de filtração nos informa o tempo de ciclo e os sólidos da torta antes de qualquer orçamento.
Relacionado: quanto lodo uma estação de tratamento de efluentes produz, remoção de nitrogênio amoniacal, e Equipamento de tratamento de águas residuais industriais.
Perguntas frequentes
Qual pH é usado para precipitar metais pesados?
A precipitação por hidróxido é realizada na faixa alcalina, geralmente entre pH 8 e 11, dependendo da mistura de metais; abaixo de pH 6 quase nada precipita. Cada metal tem seu próprio pH de solubilidade mínima, então correntes mistas são sedimentadas em um pH de compromisso e um metal resistente é polido em um segundo pH ou com sulfeto.
Por que o cromo hexavalente é tratado separadamente?
Porque o Cr(VI) permanece em solução em qualquer pH. Ele precisa primeiro ser reduzido a Cr(III), geralmente com metabissulfito de sódio em condições ácidas, e só então precipitará como hidróxido de crómio juntamente com os outros metais.
A precipitação de sulfeto é melhor do que a de hidróxido?
Alcança um teor residual de metal muito mais baixo, por muitas ordens de magnitude em relação à solubilidade teórica, e o lodo lixivia menos. Custa mais, os reagentes são perigosos e o precipitado assenta lentamente, pelo que é normalmente utilizado como etapa de polimento para chumbo, cádmio ou prata, em vez de para toda a corrente.
Quão seco pode ficar o lodo de hidróxido metálico em um filtro-prensa?
Resultados medidos em filtro-prensa de placas e quadros são cerca de 30% de sólidos para lodo cáustico, 35% para lodo de cal e 55% para lodo de hidróxido de magnésio. Um estágio de compressão por membrana adiciona alguns pontos percentuais a mais.
O lodo de hidróxido metálico é resíduo perigoso?
Na maioria das jurisdições, sim. Nos EUA, o lodo do tratamento de águas residuais da galvanoplastia é classificado como resíduo perigoso F006 e é descartado por peso, razão pela qual a desidratação até o teor mais alto praticável de sólidos no bolo é tão importante.
Posso descarregar diretamente o filtrado do filtro-prensa?
Não. O filtrado do lodo de hidróxido carrega finos e algum metal dissolvido no pH de precipitação. Retorne-o à entrada do clarificador para que passe novamente pela sedimentação e correção final de pH.
Envie sua análise de água bruta, vazão e limites de descarga e dimensionaremos juntos o estágio de precipitação e o filtro-prensa: solicitar uma proposta de tratamento de heavy metal.
Referências: 40 CFR Parte 433 — Categoria de Fonte Pontual de Acabamento de Metais (eCFR), Exército dos Estados Unidos, Corpo de Engenheiros — EM 1110-1-4012, Precipitação/Coagulação/Floculação (2001), US EPA — Ficha Técnica de Tecnologia de Águas Residuais: Precipitação Química (832-F-00-018).
Este artigo faz parte do nosso guia para wastewater sludge dewatering.