Tratamento de água
Água Potável
Água para refrigeração
Água para produção de vapor
Isaias Masiero
1
Água Potável
Água
para consumo humano é aquela cujos
parâmetros microbiológicos físicos, químicos e
radioativos atendam os padrões de potabilidade e
que não ofereça riscos a saúde.
2
Ciclo hidrológico
http://www.geocities.com/~esabio/agua/agua.htm
3
Potabilidade da água
• A potabilidade de uma água é definida através de
um conjunto de parâmetros e padrões
estabelecidos por normas e legislações sanitárias.
• O padrão de potabilidade da água, está definido
na Portaria nº 518 de 25 de março de 2004 do
Ministério da Saúde, é um conjunto de valores
máximos permissíveis das características fisicoquímicas, microbiológicas e organolépticas das
águas destinadas ao consumo humano.
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• Controle de qualidade da água
• Controle de qualidade da água: Conjunto de
ações adotadas continuamente pelos responsáveis
pela pelos sistemas de abastecimento da água, que
assegure a manutenção da qualidade da água.
• Vigilância da Qualidade da água: Conjunto de
ações adotadas continuamente pelas autoridades de
Saúde Pública, para verificar se a água consumida
atende a legislação e avaliar os riscos para a saúde
humana.
5
Impurezas da água
:
• Grosseiras: facilmente capazes de flutuar ou decantar,
quando a água estiver em repouso (ex: folhas, sílica, restos
vegetais, etc.).
• Coloidais: emulsões (CO2), argila, ferro e manganês na
forma de hidróxidos, etc.
•Dissolvidas: a dureza (sais de cálcio e magnésio), ferro e
manganês não na forma de hidróxidos, etc.
6
Alguns conceitos importantes
• Turbidez: provocada por matéria suspensa de
qualquer natureza, presente na água.
• Cor: devido a presença de matéria orgânica
proveniente de matéria vegetal em
decomposição.
7
Alguns conceitos importantes
• Ferro: a forma mais comum é ferro solúvel que
está na forma de bicarbonatos ferrosos –
Fe(HCO3)2.
• Dureza: é proporcional ao conteúdo de sais de
cálcio e magnésio. Águas brasileiras: 5 mg/L a
500 mg/l
• Sílica: Constituinte das águas naturais. Varia de 3
a 50 mg/l como SiO2
8
Gases diversos
• CO2 – decomposição de materiais orgânicos
• O2 – contato do ar com a água
• H2S – decomposição de materiais orgânicos
• CH4 – decomposição de material biológico.
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Sólidos suspensos:
Consistem de partículas insolúveis e de
sedimentação lenta.
Sólidos Suspensos
Tempo para Decantação
Areia grossa
Segundos
Areia Fina
Minutos
Barro
Horas
Argila
Anos
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Objetivos do tratamento
• Higiênico : remoção de bactérias, elementos
venenosos ou nocivos, minerais e compostos
orgânicos em excesso, protozoários e outros
microorgânicos.
• - Estético : correção da cor, turbidez, odor, sabor.
• - Econômico : redução da corrosividade, dureza,
cor, turbidez, ferro, manganês, odor, sabor, etc.
http://200.215.29.20/index.php?sys=137
11
Tratamento de água potável
Água Bruta
Coagulação
Clarificação:
neutralização
Decantação
Filtração
Desinfecção
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Isaias Masiero
CLARIFICAÇÃO DA ÁGUA
Representação esquemática do processo de clarificação da água
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http://www.agua.bio.br/botao_d_L.htm
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MECANISMO DE COAGULAÇÃO
15
Reações de coagulação
Com a alcalinidade natural:
a) Al2(SO4)3.18H2O + 3Ca(HCO3)2  2 Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2 +
18H2O
b) 2 FeSO4.7H2O + 3Ca(HCO3)2 + 1/2O2  Fe(OH)3 + 3CaSO4 + 4CO2 +
6H2O
c) 2 FeSO4.7H2O + 3Ca(HCO3)2 + Cl2  Fe(OH)3 +2CaSO4 + CaCl2 +
6CO2 + 7H2O
d) Fe2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2  2Fe(OH)3 +3CaSO4 + 6CO2
Com a alcalinidade adicionada:
a) Al2(SO4)3 + 3Na2CO3 + 4H2O  2Al(OH)3 + 3Na2SO4 + 3CO2 + H2O
b) Al2(SO4)3.18H2O + 3Ca(OH)2  2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 18H2O
c) Fe2(SO4)3 + 3Ca(HO)2  2Fe(OH)3 +3CaSO4
d) Fe2(SO4)3 + 3Na2CO3 + 4H2O  2Fe(OH)3 +3Na2SO4 + 3CO2 + H2O
Com coagulantes naturais
a) Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2  Mg(OH)2 + 2CaCO3 + 2H2O
b) MgSO4 + Ca(OH)2  Mg(OH)2 + CaSO4
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Desinfecção
A desinfecção pode ser feita por um grande número de
métodos:
1) Agentes oxidantes: Cloro, oxido de cloro, ozônio, iodo,
permanganato de potássio, brometo,
2) Radiações ultravioleta
3) Extremos em pH que geralmente não é prático.
4) Aquecimento em operações de pequena escala em
industria (alimento)
5) Ondas ultra sônica não fornece proteção residual
6) Íons metálicos- tóxicos – questionáveis devido a
implicação quanto a saúde
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Sistema de fabricação de hipoclorito para tratamento
direto da água: NaCl + H2O  NaOCl + H2
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Cloro e substâncias orgânicas
• Trihalometanos
Os trihalometanos constituem um grupo de
compostos orgânicos que, se originam de
substâncias orgânicas que reagem com o
cloro durante a desinfecção.
Valor Máximo Permissível é 0,1mg/L
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Águas Industriais
• Recebem a denominação de água
industrias aquelas que se destinam a:
• Produção de vapor
• Refrigeração
• Lavação e outros
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Ciclo da água utilizada na industria
21
Isaias Masiero
Propriedades da água
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Águas Doces no Brasil-Rebouças, A .C.;Braga, B.; Tundisi, J.G.
Impurezas da água em suspensão
• Geralmente, nas águas superficiais e
subterrâneas que são usadas nos processos
industriais contem materiais em suspensão
na forma grosseira e partículas coloidais.
• A forma de remoção e a já descrita no
capitulo água potável na etapa clarificação.
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Substâncias dissolvidas
• Dureza, representada basicamente pelos íons cálcio e magnésio
(Ca2+ e Mg2+), principalmente os sulfatos (SO42-), carbonatos
(CO32-) e bicarbonatos (HCO3-).
• Sílica solúvel (SiO2) e silicatos (SiO32-) associados a vários
cátions.
• Óxidos metálicos (principalmente de ferro), originados de
processos corrosivos.
• Diversas outras substâncias inorgânicas dissolvidas.
• Material orgânico, óleos, graxas, açúcares, material de processo,
contaminantes de condensados, etc.
• Gases, como oxigênio, gás carbônico, amônia, óxidos de
nitrogênio e enxofre.
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Dureza da água
•Dureza total : Somatória da dureza temporária
com a permanente. Água doce - 10 a 200 ppm, Água
salgada - até 2.500 ppm.
•Dureza permanente é devido à ocorrência de íons
sulfato, cloreto, nitrato ou silicato de cálcio ou
magnésio.
•Dureza temporária, essencialmente devido aos
bicarbonatos e pode ser eliminada pelo aquecimento
da água até o ponto de ebulição. Os sais resultantes
se precipitam por ser insolúveis. A reação de
decomposição é a seguinte: Ca(HCO3)2  CaCO3 +
H2O + CO2
25
Unidades de dureza da água
Mili
equivalente
Grau
francês
Grau
inglês
Grau
americano
Grau
alemão
ppm
de
CaCO3
1 miliequivalente
1
5
3,5
2,9
2,8
50
1 grau francês
0,2
1
0,70
0,58
0,56
10
1 grau inglês
0,286
1,43
1
0,83
0,80
14,3
1 grau americano
0,34
1,72
1,2
1
0,96
17,2
1 grau alemão
0,358
1,79
1,25
1,04
1
17,9
1 ppm CaCO3
0,02
0,1
0,07
0,058
0,056
1
Mili equivalente é unidade internacional = meia molécula sal de cálcio por metro
cúbico de água.
26
Isaias Masiero
Sistemas de refrigeração
• Sistema aberto
• Sistema semi aberto
• Sistema Fechado
27
Sistema de água de refrigeração aberto com
circulação (ou semi aberto)
(Livro:Águas & Águas - Jorge A. Barros de Macedo)
Isaias Masiero
28
Especificação de água de refrigeração –
sistema semi-aberto
29
http://www.engquim.ufpr.br/~gea/Dissertacao/Socrates/Capitulo2-Fofano.pdf
Isaias Masiero
Sistema de água de refrigeração fechado
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Àgua de refrigeração – sistema fechado
• Especificação: Neste caso, não existe uma especificação genérica,
uma vez que neste sistema não há perdas de água. Uma exemplo a
água de refrigeração de fornos de indução é:
o
o
o
o
Dureza total 9,5 a 10 °dH (5 a 100 mg/l em CaCO3)
Dureza de carbonatos 6,5 a 8,5 °dH (65 a 85 mg/l em CaCO3)
pH - 6 a 8
Condutividade < 600S/cm
• Proteção contra incrustação: Melhor maneira de evitar
incrustações é o uso de água abrandada ou desmineralizada
pois o consumo é pequeno. Ou aplicação de agentes de
superfície como: polifosfatos fosfonatos, esteres de
fosfatos e polieletrólitos sintéticos.
• Proteção contra a corrosão: Uso de inibidores de corrosão
tais como : NaNO2,Na2CrO4, polifosfato de sódio, sal
solúvel de zinco,molibidatos e ésteres de fosfatos.
31
Balanço de massa em sistemas de refrigeração
32
Informações da Nalco
Isaias Masiero
Cálculo dos ciclos de concentração
O número de ciclos será o maior valor encontrado.
33
Informações da Nalco
Isaias Masiero
Problemas dos sistemas de refrigeração
abertos
• Sólidos em suspensão: Causam erosão e depósitos que
podem formar pilhas de aeração diferencial.
• Crostas:Depósitos aderentes causados por sais de Ca e Mg.
• Depósitos biológicos: Proliferação de algas, fungos e
bactérias. Além da transferência de calor há os problemas de corrosão por
aeração diferencial e com redutores de sulfato.
• Corrosão: Galvânica e por aeração diferencial.
• Erosão, Cavitação e Impingimento: Causa são os
sólidos suspensos, próprio projeto do sistema e a velocidade da água.
Gentil, V. Corrosão – 3a edição – LTC Editora S.A
34
Isaias Masiero
Problemas dos sistemas de refrigeração
semi - abertos
• Depósitos:Clarificação deficiente, absorção de poeiras pela água
na torre, teores elevados de íons ferro proveniente da ação das
bactérias ferro- oxidantes.
• Crostas: Dureza temporária e sais de Mg e silicatos solúveis
Na2SO3 + MgSO4 MgSiO3 + Na2SO3
• Depósitos metálicos: Proveniente da redução de sais metálicos.
• Borras ou lamas de fosfatos: São comuns quando o
tratamento anticorrosivo é realizado com trifosfatos e polifosfatos de
sódio.
P3O105- + H2O  2HPO42- + H2PO42H2PO42-  HPO42-  PO43Ca2+ + PO43-  Ca3 (PO4)2
Mg2+ PO43-  Mg3(PO4)2
Gentil, V. Corrosão – 3a edição – LTC Editora S.A
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Isaias Masiero
Problemas dos sistemas de refrigeração
semi - abertos
• Poluentes atmosféricos: Principalmente na torre de refrigeração.
 gasosos – Sulfeto de hidrogênio, dióxido e trióxido de enxofre, amônia
e dióxido de carbono.
 sólidos – Poeiras características de cada industria.
• Corrosão: SO2 reduz o pH e aumenta o teor de sulfatos na água
favorecendo aparecimento de bactérias redutoras de sulfatos como a
Desulfovibrio desulfuricans que causa sérios problemas de corrosão. A
amonia aumenta o pH causando ataque em ligas de cobre. O dióxido
de carbono também reduz o pH aumentando a tendencia a corrosão.
• Controle de corrosão:Uso de inibidores de corrosão tais como :
NaNO2,Na2CrO4, polifosfato de sódio, sal solúvel de zinco,molibidatos
e ésteres de fosfatos.
Gentil, V. Corrosão – 3a edição – LTC Editora S.A
36
Isaias Masiero
Controle microbiológico
37
Isaias Masiero
Proteção contra a corrosão
• Controles:




Biológico – biocidas (CuSO4, NaClO, Cl2, NaBrO)
Controle do pH
Inibidores de corrosão
Proteção catódica
• Inibidores de corrosão:
 Inibidores anódico oxidantes – cromatos e molibidatos (somente em meio aerado);
 Inibidores anódicos não-oxidântes – silicatos, ortofosfatos alcalinos, fosfino e
fosfocarboxílicos;
 Inibidores catódicos – sais de zinco, polifosfatos, fosfonatos orgânicos e ésteres de
fosfatos;
 Inibidores específicos para cobre – benzotriazol, toliltriazol e mercaptobenzotiazol.
38
Gentil, V. Corrosão – 3a edição – LTC Editora S.A
Isaias Masiero
Processo de redução de dureza pela
precipitação com cal sodada(até 20ppm)
Ca++  CaCO3
Mg++  Mg(OH)2
Dureza temporária – Bicarbonatos de Ca e Mg
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2  2CaCO3 + 2H2O
Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2  MgCO3 + CaCO3 + 2H2O
MgCO3  Muito solúvel
MgCO3 + Ca(OH)2  Mg(OH)2 + CaCO3
Dureza permanente : Sais Ca e Mg não carbonatos
MgCl2 + Ca(OH)2  Mg(OH)2 + CaCl2
CaCl2 + Na2CO3  CaCO3 + 2NaCl
CaSO4 + Na2CO3  CaCO3 + Na2SO4
MgSO4 + Na2CO3 + Ca(OH)2  Mg(OH)2 + CaCO3 +
Na2SO4
39
Isaias Masiero
Redução da dureza a zero
• Uso de ortofosfato em meio alcalino e a 80°C
 3CaSO4 + 2Na3PO4  Ca3(PO4)2 + 3Na2SO4
• Uso de resinas catiônica trocadoras de íons de
cátion sódio
• Uso de resinas catiônica trocadoras de íons de
cátion hidrogênio
40
Isaias Masiero
Outros tratamentos externos
• Desmineralização
 Com resina fortemente ácidas, para eliminar cálcio, magnésio, sódio e
potássio.
 Resinas fortemente básicas, para eliminar cloretos, sulfatos, nitratos,
bicarbonatos e silicatos
• Remoção de gases
 Aquecimento da água com vapor em contracorrente, removendo O2,
CO2, H2S, NH3
 Deaeração por jateamento ou escoamento em grande superfície e em
contracorrente com vapor
 Deaeração a vácuo – Reduz até 95% do O2 dissolvido
41
Isaias Masiero
Incrustação e corrosão
• Controle da água para evita incrustação e
corrosão:




Índice de Langelier
Indice de Ryznar
Indice de Puckorius
Indice de Larson-Skold:
É mais conhecido como indice de corrosão
IC = 1,408*ppmCl- + 1,042*ppmSO42-/ppm alcalinidade total Se IC<1/2
corrosão uniforme e se IC> 1/2 Corrosão por pites.
42
Deionização da água
(Livro:Águas & Águas - Jorge A. Barros de Macedo)
43
Isaias Masiero
Osmose Reversa
44
Isaias Masiero
Eficiência de remoção de contaminastes por
cada processo de tratamento
45
Isaias Masiero
Tratamento de água para a
produção de vapor
Incrustações e corrosão
46
Condutividade térmica de várias incrustações e
materiais
47
(Livro:Águas & Águas - Jorge A. Barros de Macedo)
Isaias Masiero
Água para fabricação de vapor
( Especificações da American Boiler and Affiliated Industries Manufactures Association´s)
48
Isaias Masiero
Especificação de água de alimentação de
caldeiras segundo a ASME
49
Isaias Masiero
Caldeira de produção de vapor
50
Tratamentos internos
• Remoção química do O2
 Deaeração com sulfito de sódio
Na2SO3 + 1/2O2  Na2SO4
 Contra indicações: Aumento de resíduos e decomposição do sulfito
que aumentam a tendência a corrosão.
 Deaeração com Hidrazina
N2H4 + O2  N2 + 2H2O
Contra indicações: Se decompõe entre 200 e 315 °C e forma NH3 que
causa corrosão em ligas de cobre.
51
Isaias Masiero
Exercícios
1.
2.
3.
4.
O que você entende por água potável?
O que é um ciclo Hidrológico?
O que são os padrões de potabilidade da água?
O que trata a Portaria N°518 de 25 de março de 2004 do
Ministério da Saúde?
5. Como são classificadas as impurezas encontradas na
água?
6. Que são impurezas que se apresentam na forma coloidal,
dispersas na água?
52
Exercícios
7. Como a Turbidez se relaciona com as impurezas da água?
8. O que é dureza da água? Porque é uma propriedade
importante para a água de uso industrial?
9. O que é clarificação da água? Quais são as etapas?
10. O que é coagulação ou floculação?
11. Qual o mecanismo da floculação?
12. O agente floculante reage com que da água para criar uma
partícula coloidal de carga positiva?
13. Qual a principal desvantagem do uso do cloro na
desinfecção da água?
53
Exercícios
14. Quais os dois principais problemas da água utilizada na
industria?
15. O que é ciclo de concentração de água de refrigeração?
16. Para um sistema de refrigeração semi-aberto, quais são as
causas de concentração das impurezas da água?
17. Como deveria ser a água de um sistema fechado de
refrigeração?
18. Qual o efeito da sílica dissolvida e da dureza em água
para a produção de vapor?
19. Qual o objetivo dos tratamentos interno da água para
produção de vapor?
54
Exercícios
20. O que desmineralização da água?
21. O que é abrandamento da água?
22. Descreva os métodos de desmineralização e
abrandamento da água.
55
ÁGUAS DE REFRIGERAÇÃO INDUSTRIAL
FLUXO DE TRATAMENTO DE ÁGUA DE REFRIGERAÇÃO
INDUSTRIAL
ÁGUA BRUTA
GRADES GROSSEIRAS,
MÉDIAS E FINAS
GRADEAMENTO
SEDIMENTAÇÃO SIMPLES
OU COM COAGULANTES
CLARIFICAÇÃO
NEUTRALIZAÇÃO
ÁCIDOS, SODA CÁUSTICA
??OUTROS PROCESSOS??
FILTROS DE PRESSÃO, POR GRAVIDADE, FLUXOS
ASCENDENTE, DUPLA FILTRAÇÃO
FILTRAÇÃO
DERIVADOS CLORADOS,
OZÔNIO, ULTRA-VIOLETA
VASOS DE TROCA IÔNICA,
OSM. REVERSA,
EVAP.COND.
DESINFECÇÃO
DESMINERALIZAÇÃO
SISTEMAS
FECHADOS
SISTEMAS
SEMI-ABERTOS
TRATAMENTOS
FÍSICO-QUÍMICOS
56