Água na Indústria e Introdução aos Métodos de Tratamento de Água

Aula 2: Água na Indústria e  Introdução aos Métodos de Tratamento de Água

• Características e componentes da água de captação

• Turbidez: relacionada à matéria suspensa de qualquer natureza, presente num corpo d’água.
• Cor: geralmente a coloração é devido à matéria orgânica proveniente de material vegetal em decomposição.
• Ferro: pode ser encontrado nos corpos d’água como bicarbonato ferroso ou íons dissociados.
• Dureza: proporcional ao conteúdo de sais de cálcio e magnésio. Formam incrustrações  e precipitados insolúveis com sabão.
• Sílica: geralmente presente nas águas naturais como SiO2.

• Água subterrânea apresenta maior dureza e pode provocar incrustrações nas tubulações industriais (problema da cadeira), podendo afetar a transferência de calor em processos industriais
• Índice Rynznar: pra ver se a água tem tendência corrosiva e incrustrante.
• Águas superficiais: grande concentração de sólidos em suspensão; composição depende das condições climáticas e características geológicas da região por onde escoam
• Águas subterrâneas: possuem substâncias dissolvidas, íons metálicos, e materiais orgânicos naturais
• Particularidades de alguns sistema de tratamentos na indústria:

• Aeração: necessária quando há presença de compostos ferrosos e manganosos
• Pré-cloração: necessária apenas nos casos em que existem metais dissolvidos na água de captação
• Floculação: os coagulados encontram-se, possibilitando aumentos no peso, volume e consistência, e formando os flocos.
• Decantação: sedimentação dos flocos no fundo dos tanques.
• Filtração: filtros para eliminar impurezas restantes.
• Desinfecção: adição de solução de derivado de cloro (eliminação de germes nocivos à saúde)

• Correção de pH (necessário somente em alguns casos): quando pH está muito baixo, devido a resíduos de coagulantes convencionais

• Fluoretação (em determinado caso): flúor adicionado geralmente na forma de Ácido Fluossilícico - exigência: Portaria do Ministério da Saúde.
• Decantação: nas empresas, geralmente, é utilizado um decantador vertical para o processo ser acelerado.

• Principais parâmetros que influenciam a coagulação e a floculação:

• PH da água
• Natureza ou tipo dos reagentes (coagulantes)
• Dosagem dos reagentes
• Energia de agitação

SISTEMA CONVENCIONAL DO TRATAMENTO DE ÁGUA

• Etapa 1: Aeração

Etapa necessária quando há presença de compostos ferrosos e manganosos. Sua função é remover substâncias orgânicas, voláteis e óxidos compostos metálicos (já citados que não estão ligados à matéria orgânica); isso é feito por meio de um agitador ou com cilindros com O2.

• Etapa 2: Pré-Cloração

Provoca a oxidação de metais dissolvidos caso estes estejam ligados à matéria orgânica. É adicionado cloro ou derivados para que esse processo ocorra. Uma desvantagem é a formação de trihalometanos (THMs), resultante da reação do cloro, com matéria orgânica presente na água, composto este tóxico para seres humanos.

• Etapa 3: Coagulação

Tem por objetivo coagular partículas em suspensão por meio da adição de um coagulante, que são compostos químicos com cargas positivas como sais de alumínio, ferro ou polímeros do tipo polieletrólito. Um dos coagulantes muito utilizado é o sulfato de alumínio (H2SO4), que dissocia íons na água, necessitando então que depois haja uma correção de ph. Atualmente o coagulante mais utilizado é o policloreto de alumínio (PAC), pois não precisa corrigir o ph e é mais efetivo, no entanto, é mais caro.

• Etapa 4: Floculação

Tem como objetivo promover o contato entre partículas coaguladas, possibilitando a agregação em forma de flocos maiores e mais densos, que podem ser removidos no processo de decantação.

• Etapa 5: Decantação

Separar os flocos formados na etapa anterior, que são sedimentados no fundo dos tanques por meio da ação da gravidade.

• Etapa 6: Filtração

Passagem da água proveniente do sistema de decantação ainda com pequenas quantidades de partículas em suspensão, através de meios filtrantes, diminuindo a turbidez da água. O sistemas de filtração mais comuns utilizam areia com pedregulho (combinação de antracito com areia, carvão ativado - mineral/vegetal); porém, existem processos mais sofisticados de filtração.

• Etapa 7: Desinfecção

Tem como objetivo eliminar microorganismos prejudiciais à saúde. Pode ser realizado por meio de produtos químicos ou radiação. Para distribuição dos municípios utiliza-se o cloro, que pode resultar em ação residual o que é bom para distribuição para casas, uma vez que é exigida uma porcentagem mínima de desinfetante na água até esta chegar no seu destino final, porém, é uma desvantagem para as indústrias pois pode atrapalhar em futuras etapas de fabricação de um produto, então são utilizados outros meios de desinfecção como o ozônio e radiação ultravioleta. Nessa etapa também é feita a correção de ph se necessário (por exemplo, caso tenha sido usado o sulfeto de alumínio como coagulante).

• Etapa 8: Fluoretação

Processo exclusivo para distribuição de águas para os municípios. Ocorre a adição de flúor geralmente na forma de ácido fluossilícico (H2SiF6), devido às exigências da portaria do ministério da saúde.

• Etapa 9: Reservatório

Por último, a água é levada para um reservatório para posterior distribuição, caso o tempo da água no reservatório torna-se muito grande, esta é levada novamente pelos processos de filtração, desinfecção e fluoretação (no caso de municípios).

Aula 3: Métodos de Tratamento de Água (continuação)

• Abrandamento (3): reduzir vários íons presentes na água, principalmente, os íons responsáveis pela “dureza da água” (íons de cálcio e de magnésio)

• Com cal/por precipitação química (tradicional): os íons de cálcio e magnésio (que estão solúveis na água) são retirados através da precipitação (porque ficam insolúveis e, portanto, precipitam) ocasionada, principalmente, com carbonato de cálcio (CaCO3). Nesse método, por conta da adição de carbonato de cálcio à água no intuito de remover os íons de cálcio e magnésio, há elevação do ph por conta da formação de CaOH (fica por volta de 11). Portanto, a reação final fica: , sendo necessário o ajuste de ph ao final do abrandamento.[pic 1]

• Vantagens: utilizado em águas com dureza alta; remover outros tipos de contaminantes como metais pesados; clarificação da água; tecnologia conhecida e estabelecida.
• Desvantagens: utilização de produtos químicos; necessidade de ajuste de ph ao final da reação.

• Troca iônica: deve ser usado em águas com dureza menor ou igual a 80mg/L.  A água é posta em contato com as chamadas resinas de troca iônica (que são estruturas em rede, constituídas de materiais sólidos e porosos, na forma de bastonetes e possuem a propriedade de trocar íon com o meio). Existem dois tipos de resinas de troca iônica: a catiônica (que tem a capacidade de retenção de cátions) e a aniônica (que retém ânions). Não tira todos os íons, mas grande parte. Essas resinas passam por processos de regeneração ao longo do tempo, para reaproveitamento de sua estrutura; porém, são utilizadas até o momento em que suas “redes” forem ficando desgastadas sendo, portanto, necessário uma posterior troca.

• Água desmineralizada: há a remoção de todos os cátions e ânions presentes na água. É obtida através de tratamentos por trocas iônicas, ligados em série (1 leito catiônico e 1 leito aniônico). É bastante utilizado na indústria farmacêutica e na alimentícia, uma vez que é necessário o uso da água pura. Após determinado tempo de uso, os leitos de resina ficam saturados e precisam ser descompactados, regenerados e lavados.
• Principais etapas para a regeneração das resinas saturadas: descompactação dos leitos (deve ser feita a lavagem em contracorrente ao fluxo normal de operação, com água e ar); regeneração de resinas saturadas (com uma solução ácida - HCl ou H2SO4 e solução básica - NaOH - em concentração suficiente para deslocar os cátions e ânions retidos nas resinas); lavagem do leito (utiliza-se água desmineralizada para remover excessos das soluções utilizadas na regeneração). Todo esse processo ocasiona geração de efluentes, que devem ser tratados posteriormente.

• Separação por membranas: podem utilizar membranas poliméricas ou naturais, com diversos tamanhos de poros e gradiente de pressão, permitindo a separação de partículas sólidas de pequenos diâmetros, algumas moléculas e alguns compostos iônicos dissolvidos. Divide-se nas seguintes categorias:

• Microfiltração:
• Ultrafiltração:
• Nanofiltração:
• Osmose Reversa: aplica-se uma pressão hidráulica superior à pressão osmótica de equilíbrio do lado da solução mais concentrada (assim, a água passa a fluir através da membrana, da solução concentrada para a diluída). Considerado o melhor processo de filtração dentre esses (utilizado em 85% das indústrias); devido ao tamanho super pequeno dos poros, praticamente, só passa a água. Utiliza filtro cartucho.

• Vantagens: processo eficiente; baixo consumo de energia (só usa para acionar a bomba de pressão); baixo custo; adequada para íons dissolvidos.
• Desvantagens: não adequada quando há material em suspensão; entupimento da membrana; gases dissolvidos não são removidos.
• Dessalinização de água utilizando membranas: a água entra pelo sistema de captação, passa pelo processo de dessanilização (aquece a água com evaporadores, a água evapora e condensa); a água limpa é bombeada em alta pressão, passa pelas membranas (micro, ultra e nano filtrações); o sal precipita em um recipiente e a água limpa segue para o pós tratamento (osmose reversa) e, posteriormente, segue para distribuição.

• Eletrodiálise