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http://hdl.handle.net/1843/BUBD-ABYNBC| Type: | Tese de Doutorado |
| Title: | Evaluation of membrane separation process for the treatment of gold mining effluent |
| Authors: | Laura Hamdan de Andrade |
| First Advisor: | Miriam Cristina Santos Amaral |
| Abstract: | Essa tese objetivou realizar uma avaliação sistêmica e detalhada dos processos integrados de ultrafiltração (UF) e nanofiltração (NF) aplicados ao tratamento de efluente de mineração de ouro, o qual é caracterizado por elevadas concentrações de sulfato, cálcio e arsênio e pH ácido. As condições operacionais tipo de processo (osmose inversa ou NF), tipo de membrana, aplicação de pré-tratamento, pH de alimentação, temperatura e grau de recuperação de permeado (GR) foram avaliadas em escala de bancada. As melhores condições encontradas foram: membrana de nanofiltração NF90, com pré-tratamento com UF, ajuste do pH da alimentação para 5,0 e temperatura ambiente. O elevado grau de supersaturação do sulfato de cálcio limitou o GR do primeiro estágio de NF a 40%. O procedimento de limpeza química também foi estudado, e a melhor eficiência de limpeza foi a obtida com recirculação de solução de HCl 0,2% por 90 minutos. Por outro lado, pressão de operação, velocidade de escoamento, adição de anti-incrustante, aplicação de limpeza física e frequência de limpeza química foram avaliados em escala piloto. Observou-se que o aumento da pressão e a aplicação de limpeza física não trouxeram benefícios ao processo, enquanto o aumento da velocidade de escoamento reduziu incrustação e aumentou a eficiência de retenção de solutos. A adição de anti-incrustante também reduziu o decaimento de fluxo de permeado para GR maiores que 40%. A estabilidade da membrana foi avaliada por meio da sua exposição ao efluente e conjuntamente ao efluente e à solução de limpeza. As variações de rejeição e permeabilidade das membranas ao longo do tempo não foram muito expressivas, e as mesmas demonstraram bom desempenho mesmo após 285 dias de exposição. As condições para a precipitação intermediária do concentrado do primeiro estágio da NF foram estudadas. As condições otimizadas para a precipitação de arsênio e cálcio foram, respectivamente, relação molar Fe/As 4,0 e pH 7,0 e relação molar CO3/Ca 3,5 e pH 11,5. A baixa ocorrência de incrustação irreversível demonstrou ser possível operar com altos GRs no segundo estágio de UF-NF. Apesar de a inclusão de precipitação intermediária e segundo estágio de UF-NF aumentar o custo do tratamento de US$ 1.34/m³ para US$ 6.28/m³, ela permite a geração de 187 m³/h de água de reúso. Dessa forma, esse estudo demonstrou o potencial das tecnologias UF e NF para tratamento dos efluentes de mineração de ouro visando ao reúso de água. |
| Abstract: | This study aimed to carry out a systematic and detailed evaluation of integrated ultrafiltration (UF) and nanofiltration (NF) applied to the treatment of gold mining effluent, which is characterized by high concentrations of sulfate, calcium and arsenic and acid pH. The operating conditions type of process (NF or reverse osmosis), membrane type, application of pre-treatment, feed pH, temperature and permeate recovery rate (RR) were evaluated in bench scale trials. The best conditions found were: NF90 nanofiltration membrane, pre-treatment with UF, feed pH adjustment up to 5.0, and filtration carried out at room temperature. The high supersaturation index of calcium sulfate limited the first-stage NF RR at 40%. The chemical cleaning procedure was also studied and the better cleaning efficiency was found for recirculation of 0.2% HCl solution for 90 minutes. Moreover, operating pressure, cross-flow velocity, antiscalant dosage, application of physical cleaning and chemical cleaning frequency were evaluated on a pilot scale plant. It was observed that the increase in pressure and physical cleaning did not bring benefits to the process, while increasing the cross-flow velocity was able to reduce fouling and increase solute retention efficiency. The addition of antiscalant also reduced the permeate flux decay for RR greater than 40%. The stability of the membrane was evaluated by its exposure to the effluent and to both the effluent and the cleaning solution. The membranes rejection and permeability variations over time were not very significant, and they have demonstrated good performance even after 285 days of exposure. The conditions for intermediate precipitation of the first-stage NF concentrate were studied. The optimized conditions for the precipitation of arsenic and calcium were, respectively, molar ratio Fe/As 4.0 and pH 7.0, and molar ratio CO3/Ca 3.5 and pH 11.5. It was possible to achieve a 60% RR in the second-stage UF-NF without occurrence of scaling or irreversible fouling, which indicated the possibility of operation at higher RR. Despite the fact that the inclusion of intermediate precipitation and second stage UF-NF increases the cost of the treatment from US$ 1.34 / m³ to US$ 6.28 / m³, it also allows the generation of 187 m³/h of reusable water. Thus, this study demonstrated the high potential of UF and NF technologies for the treatment of gold mining effluents aiming at water reuse. |
| Subject: | Engenharia sanitária Saneamento |
| language: | Português |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/BUBD-ABYNBC |
| Issue Date: | 14-Mar-2016 |
| Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
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