UFRJ – Universidade Federal do Rio de Janeiro
Faculdade de Farmácia – Graduação
TRATAMENTO DE ÁGUA
Disciplina: Tecnologia Industrial Farmacêutica (Física Industrial)
Professor: Dr. Lúcio Mendes Cabral
Mestrando: Marcos Giovani Rodrigues da Silva
Novembro 2009
1
PRIMEIRO MÓDULO
(Tratamento de água para
uso doméstico)
2
PROGRAMA

A água no mundo

Tratamento da água para uso doméstico

Legislação (portaria n° 518 de 25/ 03/ 2004)

Sistema de abastecimento

Fases (captação, tratamento, reservação, adução e
distribuição)

Padrões de qualidade (USP)

Contaminantes básicos
3
CURIOSIDADES
Terra ( 70% de água)
 97,5% é imprópria para o consumo ( água
salgada )
2,5% água doce (35 milhões de km3):
69,5% (indisponíveis nas calotas polares, em
neves eternas nas montanhas mais altas e em
solos congelados).
30,1% (debaixo da terra, em lençóis freáticos).
0,4% (superfície da terra, rios e lagos, neblina,
umidade da superfície do solo. lençóis
subterrâneos e áreas congeladas).
(http: // www.moderna.com.br/moderna/didaticos/projeto/2006/1/mundo/)
4
CURIOSIDADES
Tabela 1. Situação da reserva de água doce no mundo (UNESCO, 1999)
SITUAÇÃO DA RESERVA DE ÁGUA DOCE POR PESSOA NO MUNDO
Ano
Quantidade
1950
16,8 mil m3
1998
7,3mil m3
2018 (projeção)
4,8mil m3
(http: // www.moderna.com.br/moderna/didaticos/projeto/2006/1/mundo/)
5
CURIOSIDADES
Tabela 2. Consumo Sustentável - manual de educação (MMA/IDEC).
CONSUMO DOMÉSTICO DE ÁGUA POR ATIVIDADE
Atividade
Descarga no vaso sanitário tradicional
Quantidade (em litros)
10 a 16
Minto no chuveiro
15
Lavar roupa no tanque
150
Lavar as mãos
3a5
Lavar roupa com máquina de lavar
150
Lavar louça em lava-louça
Escovar os dentes com água escorrendo
Lavagem do automóvel com mangueira
20 a 25
11
100
6
ÁGUA – ”O OURO AZUL“
Classificação dos países, quanto ao volume de água renovável/
tamanho da população segundo à Organização das Nações Unidas
(ONU):
“escassez” (< 1 milhão de litros por pessoa anualmente). Norte da
África (Egito, a Líbia e a Argélia) e na Península Arábica (Arábia
Saudita, a Síria e a Jordânia).
“água insuficiente” (China, com mais de 1 bilhão).
“água no limite” (entre 1 milhão e 1,7 milhão de litros por pessoa ao
ano). A Índia, com cerca de 1 bilhão de habitantes.
O Brasil está no melhor grupo (>10 milhões de litros de água doce
disponível por habitante anualmente), mas as maiores reservas estão
no norte, longe das grandes cidades.
http://www.un.org/esa/sustdev/documents/agenda21/
7
ÁGUA – “O OURO AZUL”
Segundo a ONU, no ano 2050, o mundo terá uma população de 8,9
bilhões de pessoas, das quais 4 bilhões viverão em países com
escassez crônica de água, o pior grupo.
Nesses países, a escassez de água poderá provocar problemas
graves na saúde pública e inviabilizar o crescimento da economia e
a geração de empregos.
A tecnologia mais promissora é a dessalinização da água dos mares
e lagos salgados, que pode ser feita por meio da filtragem ou da
destilação da água em usinas. De 1980 ao ano 2000, o preço do
metro cúbico de água do mar dessalinizada diminuiu de 5,50 dólares
para 55 centavos de dólar, e este parece ser o método que será o
mais adotado.
http://www.un.org/esa/sustdev/documents/agenda21/
8
ÁGUA – “O OURO AZUL”
Causas da escassez: uso exagerado e despreocupado da população
junto com o lançamento diário de substâncias poluentes, tanto
domésticos quanto industriais, nos mananciais que restam.
Campanhas, manifestações e propagandas dos mais diversos órgãos,
sejam privados ou públicos - alertando para conservação do meio
ambiente, evitando o desperdício de água e poluição de rios, lagos,
lagoas e mares, além de incentivar uma mentalidade sustentável.
A Assembléia Geral das Nações Unidas decretou (1993), por meio de
uma resolução, o 22 de março como sendo o Dia Mundial da Água.
http://www.un.org/esa/sustdev/documents/agenda21/
9
CURIOSIDADES
No século XX:
A população mundial aumentou 03 vezes.
O consumo de água aumentou 08 vezes.
Consumo de água no mundo
23%
6%
71%
Industrial
Doméstico
Agricultura
Figura 1. Consumo mundial de água, adaptado de CLARKE & KING (2005).
10
TRATAMENTO DE ÁGUA
Para que fim ?
11
TRATAMENTO - USO DOMÉSTICO
Portaria n.º 518, de 25 de março de 2004
Art. 1.º “Aprovar a Norma de Qualidade da Água para
Consumo Humano, na forma do Anexo desta Portaria, de
uso obrigatório em todo território nacional”.
12
TRATAMENTO - USO DOMÉSTICO
Portaria n.º 518, de 25 de março de 2004
Art. 4.º ... adotadas as seguintes definições:
I – “água potável – água para consumo humano cujos
parâmetros microbiológicos, físicos, químicos e radioativos
atendam ao padrão de potabilidade e que não ofereça riscos
à saúde”;
II – “sistema de abastecimento de água para consumo
humano – instalação composta por conjunto de obras civis,
materiais e equipamentos, destinada à produção e à
distribuição canalizada de água potável para populações,
sob a responsabilidade do poder público, mesmo que
administrada em regime de concessão ou permissão”;
13
SISTEMA DE ABASTECIMENTO
Construção de um sistema de abastecimento de água:
Pessoal altamente especializado.
Estudos (população/ taxa de crescimento da cidade/
necessidades industriais).
Figura Estação de Tratamento de Água do Guandu
14
ABASTECIMENTO DE ÁGUA
CAPTAÇÃO
TRATAMENTO
RESERVAÇÃO
ADUÇÃO
DISTRIBUIÇÃO
15
ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA (ETA)
SELEÇÃO DA FONTE:
Vazão do manancial
Localização da fonte
Topografia da região
Presença de possíveis focos
(poluentes domésticos e industriais)
de
contaminação
16
CAPTAÇÃO
Superficial - rios, lagos ou represas, por gravidade ou
bombeamento. Casa de máquinas é construída junto à
captação (conjuntos de motobombas que sugam a água do
manancial e a enviam para a estação de tratamento).
Subterrânea – poços artesianos, perfurações com 50 a
100 m feitas no terreno para captar a água dos lençóis
subterrâneos. Motobombas, instaladas perto do lençol d’
água, enviam à superfície por tubulações (isenta de
contaminação por bactérias e vírus, sem turbidez).
17
TRATAMENTO
Captação superficial:
1) Oxidação - oxidar os metais presentes na água,
principalmente o ferro e o manganês, que normalmente se
apresentam dissolvidos na água bruta (cloro ou produto
similar, pois tornam os metais insolúveis na água,
permitindo, assim, a sua remoção nas outras etapas).
2) Coagulação - remoção das partículas de sujeira se inicia
no tanque de mistura rápida com a adição de sulfato de
alumínio ou cloreto férrico. (formação de flocos). Para
otimizar o processo adiciona-se cal, o que mantém o pH da
água no nível adequado.
18
TRATAMENTO
3) Floculação - os flocos misturam-se, ganhando peso,
volume e consistência.
4) Decantação – sedimentação dos flocos no fundo dos
tanques.
5) Filtração – separação das impurezas que não foram
sedimentadas no processo de decantação (filtros
constituídos por camadas de areia ou areia e antracito
suportadas por cascalho de diversos tamanhos que retêm
a sujeira ainda restante.
6) Desinfecção – adição de cloro (eliminação de
microorganismos nocivos, garantindo também a qualidade
da água nas redes de distribuição e nos reservatórios.
19
TRATAMENTO
7) Correção de pH – proteção das canalizações das redes e
das casas contra corrosão ou incrustação, a água recebe
uma dosagem de cal, que corrige seu pH.
8) Fluoretação (Portaria do Ministério da Saúde).
Consiste na aplicação de uma dosagem de composto de
flúor (ácido fluossilícico) que reduz a incidência da cárie
dentária, especialmente no período de formação dos
dentes, que vai da gestação até a idade de 15 anos.
20
TRATAMENTO
Captação subterrânea:
A água captada através de poços profundos, na maioria
das vezes, não precisa ser tratada, bastando apenas a
desinfecção com cloro. Isso ocorre porque, nesse caso, a
água não apresenta qualquer turbidez, eliminando as
outras fases que são necessárias ao tratamento das águas
superficiais.
21
RESERVAÇÃO
Finalidade da armazenagem da água em reservatórios:
 manter a regularidade do abastecimento, mesmo
quando é necessário paralisar a produção para
manutenção em qualquer uma das unidades do sistema.
 atender às demandas extraordinárias, como as que
ocorrem nos períodos de calor intenso ou quando, durante
o dia, usa-se muita água ao mesmo tempo (na hora do
almoço, por exemplo).
Classificação dos reservatórios quanto à sua posição em
relação ao solo: subterrâneos (enterrados), apoiados e
elevados.
22
DISTRIBUIÇÃO
 Por intermédio de canos enterrados sob a pavimentação
das ruas da cidade (redes de distribuição).
 Pressão satisfatória em todos os seus pontos (bombas,
chamadas boosters, objetiva bombear a água para locais
mais altos.
 Construção de estações elevatórias de água, equipadas
com bombas de maior capacidade. Nos trechos de redes
com pressão em excesso, são instaladas válvulas
redutoras.
 Alcançar as ligações domiciliares.
23
TRATAMENTO PARA USO DOMÉSTICO
Portaria n.º 518, de 25 de março de 2004
Art. 5.º São deveres e obrigações do Ministério da Saúde, por intermédio
da Secretaria de Vigilância em Saúde – SVS:
I – “promover e acompanhar a vigilância da qualidade da água, em
articulação com as Secretarias de Saúde dos Estados e do Distrito
Federal e com os responsáveis pelo controle de qualidade da água, nos
termos da legislação que regulamenta o SUS”;
II – “estabelecer as referências laboratoriais nacionais e regionais, para
dar suporte às ações de maior complexidade na vigilância da qualidade
da água para consumo humano”;
III – “aprovar e registrar as metodologias não contempladas nas
referências citadas no artigo 17 deste Anexo”;
24
PADRÕES DE QUALIDADE DA ÁGUA

ASTM - American Society for Testing and Materials

Anvisa RDC 354 (1997) - Cosmético

NCCLS - National Comittee for Clinical Laboratory Standards

USP/EP – Farmacopéias

MS – Portaria 518 (24/03/04)

Anvisa RDC 210
25
Padrão - Água Potável
MS - Portaria 518 - 25/03/04
Parâmetro








Parâmetro
MVP
Cor (uH)
15
Turbidez (uT)
5
pH
6,0 a 9,5
TDS (ppm)
1.000
Dureza (ppm)
500
Alumínio (ppm)
0,2
Amonia (ppm)
1,5
Cloreto (ppm)
250







MVP
Ferro (ppm)
0,3
Manganês (ppm)
0,1
Sódio (ppm)
200
Sulfato (ppm)
250
Zinco (ppm)
5,0
Coliformes aus. (100 ml)
Bact. Heterot.
500ufc/ml
MVP: Máximo Valor Permitido
26
CONTAMINANTES BÁSICOS
ÁGUA POTÁVEL

Inorgânico dissolvido(Na+, Cl-, Fe+3, Ca+2, Mg+2...)

Orgânico dissolvido(Ácidos, Pesticidas,
Herbicidas...)

Microorganismos

Material Particulado – Colóides (Fe+2...)

Gases Dissolvidos(CO2,...)
27
FINAL DO PRIMEIRO MÓDULO
28
Leitura complementar
TEMA: “ Uma abordagem de detetive para projetos de
tratamento de água bem sucedidos” (SLOVAK, 2001)
OBJETIVO: Fixar alguns conceitos que serão abordados no
segundo módulo, como uma proposta adequada de
implementação de um sistema de tratamento de água.
DATA ENTREGA: carater instrutivo
29
SEGUNDO MÓDULO
(Pré-tratamento da água
para uso industrial)
30
PROGRAMA

Como planejar um sistema de tratamento de água

Pré-tratamento (finalidade e tecnologias)
Pré-filtração
Cloração
Remoção de ferro
Filtração
Abrandamento
Remoção de cloro
Ajuste de pH
31
TRATAMENTO DE ÁGUA
Para que fim ?
32
Boas Práticas de Fabricação
Agência Nacional de Vigilância Sanitária
Resolução - RDC nº 210, de 04 de agosto de 2003
Art. 3° Instituir como norma de inspeção para fins da
verificação do cumprimento das Boas Práticas de Fabricação
de Medicamentos, para os órgãos de vigilância sanitária do
Sistema Único de Saúde, o Roteiro de Inspeção para Empresas
Fabricantes de Medicamentos, conforme Anexo III desta
Resolução.
ANEXO III Roteiro de Inspeção para Empresas Fabricantes
de Medicamentos
7.- SISTEMAS E INSTALAÇÕES DE ÁGUA
33
Como planejar o sistema ?
Qual é a origem da água ? (potável, poço ...)
Existe programa para a conservação da água potável?
Existe programa de limpeza, desinfecção e monitoramento
para as caixas d’ águas/ cisternas ?
Qual é a sua freqüência ? Existem registros ?
Qual é o tipo de tubulação entre a cisterna e o reservatório,
e entre o reservatório e os pontos de uso
metálico (ferro...)/ pvc ?
34
Como planejar o sistema ?
Qual é a origem da água ? (potável, poço ...)
Existe programa para a conservação da água potável?
Existe programa de limpeza, desinfecção e monitoramento
para as caixas d’ águas/ cisternas ?
Qual é a sua freqüência ? Existem registros ?
Qual é o tipo de tubulação entre a cisterna e o reservatório,
e entre o reservatório e os pontos de uso
metálico (ferro...)/ pvc ?
35
Como planejar o sistema ?
Existe algum tipo de controle de conservação ?
Há quanto tempo está instalado ?
Qual é o consumo de água previsto ?
Para quais produtos ?
Quantos são os pontos de coleta ?
36
ELABORAÇÃO DO PROJETO

Autoria (empresas especializadas, fornecedor do
sistema ou própria empresa).

Definição dos produtos que serão fabricados pela
empresa.

Definição da qualidade e quantidade de água (PW e
WFI) pelo usuário final.
37
Tipos de Água na
Indústria Farmacêutica
Água purificada (PW): obtida por osmose reversa ou
deionização.
Água para injetáveis (WFI): obtida por destilação ou por
qualquer outra tecnologia que produza água do mesmo
nível ou melhor que a destilada
(harmonização das
farmacopéias USP/EP)
38
ELABORAÇÃO DO PROJETO
 Grupo Técnico define: tecnologia principal, tipo de
recirculação, tipos de sanitização.
 Definição do espaço físico para instalação do sistema e
indica o responsável do setor para acompanhamento do
projeto, instalação e seu start up.

Gerência da Garantia da Qualidade define quem
validará o sistema e os responsáveis pelas auditorias e
auto-inspeções.
39
Sistema Básico de Purificação
PRÉ-TRATAMENTO
GERAÇÃO
RECIRCULAÇÃO
40
PRÉ-TRATAMENTO

Origem da água

Qualidade da água recebida

Histórico analítico de 1 ano (principais parâmetros)

Projeto (especificações do sistema baseado nas
análises)

Objetivos
performance dos equipamentos
qualidade da água gerada
vida útil das membranas
41
PRÉ-TRATAMENTO
Contaminantes básicos da água potável:
Inorgânico dissolvido(Na+, Cl-, Fe+3, Ca+2,Mg+2...)
 Orgânico dissolvido(ác., pest., herb...)
 Microorganismos
 Material particulado – colóides (Fe+2...)
 Gases dissolvidos(CO2,...)

42
PRÉ-TRATAMENTO
Tecnologias combinadas:
Filtração: partíc./ coloides/ bact./pirogênios
Carvão ativado : cloro, orgânicos
Metabissulfito de Sódio: cloro
Abrandador : cálcio / magnésio
Dosador de NaOH : ajuste pH
43
PRÉ-TRATAMENTO
PRÉ-FILTRAÇÃO
Carcaça para filtro tipo bag
44
PRÉ-TRATAMENTO
PRÉ-FILTRAÇÃO
Filtros bag
Controle por manômetro
45
PRÉ-TRATAMENTO
CLORAÇÃO
K = 3 x 10-8
pH 7.5 → [HOCl] ~ [OCl-]
pH 8 → 30% do cloro livre como HOCl
pH 6.5 → 90% do cloro livre
Cloro livre = ácido hipocloroso + íon
hipoclorito
HOCl é mais eficiente do que OCl“The disinfection must be carried out at pH
less than 8 and at a free chlorine
concentration ≥ 0.5 mg/litre” (Guidelines of
Reservatório de água potável WHO)
46
PRÉ-TRATAMENTO
RESFRIAMENTO DA ÁGUA
Trocador de calor sanitário
47
PRÉ-TRATAMENTO
REMOÇÃO DE FERRO
Greensand/ dióxido de manganês
48
PRÉ-TRATAMENTO
REMOÇÃO DE FERRO
Tipos de ferro encontrados na água potável:
1. Ferro sequestrado (tripolifosfato, hexametaphosfato
ou silicato de sódio) - não retido no abrandador.
2. Ferro ligado à compostos orgânicos (Heme Iron)
ex.: quelação de ferro por taninos
3. Ferro presente em bactérias
4. Hidróxido férrico (Red Water Iron)
5. Bicarbonato ferroso (Clear Water Iron)
Um problema para remoção !!!
49
PRÉ-TRATAMENTO
REMOÇÃO DE FERRO
Ozonização (ineficácia para taninos)
Aeração (processo lento/ coagulante)
Cloração (necessita de filtro com carvão ativado/
formação de trihalometano quando reage com taninos)
50
PRÉ-TRATAMENTO
REMOÇÃO DE FERRO



Filtro para remoção de ferro
solúvel, sulfeto de hidrogênio,
manganês, arsênico e rádio da
água.
Efetivo em altas temperaturas e variações de pressão,
prolongando o tempo para retrolavagem.
Superfície do greensand revestida com dióxido de
manganês, que atua como um catalizador na reação de
oxi-redução do ferro e manganês.
51
PRÉ-TRATAMENTO
REMOÇÃO DE FERRO
Greensand/ dióxido de manganês:
Durante a etapa de retrolavagem, o MnO é removido
mecanicamente da superfície do material, regenerando-o.
52
PRÉ-TRATAMENTO
FILTRAÇÃO

Separação mecânica de partículas de um fluido pela
passagem através de um material poroso/ fibroso ou
53
granular.
PRÉ-TRATAMENTO
FILTROS MULTIMÍDIAS
Camadas especiais para
filtração
Sem poder de remoção
bacteriana
54
PRÉ-TRATAMENTO
FILTROS MULTIMÍDIAS

Nome atual para filtro de areia.
 Composição: vários tipos de areia com
granulometrias diferentes.
 Cabeçote automático para programação
de retrolavagem (no mínimo 1 vez ao dia).
 Material resistente à corrosão.
 Redução do SDI (Silt Density Index)
 Possibilidade de inserir outro auxiliar
filtrante. Ex: Zeólito (Remoção de Ferro )
55
PRÉ-TRATAMENTO
CARTUCHOS FILTRANTES

remoção de partículas

poros mais utilizados: 25, 10, 5, 1µm

importante:certificado de qualidade

uso:proteção de equipamentos
56
PRÉ-TRATAMENTO
57
PRÉ-TRATAMENTO
Zeólitos:

Rochas vulcânicas / cinza vulcânicas + água alcalina

Aluminosilicatos hidratados que possuem estrutura
aberta para acomodar uma grande variedade de íons
positivos (Na+, K+, Ca2+, Mg2+)

Íons fracamente ligados a estrutura (substituídos por
outros em solução)
58
PRÉ-TRATAMENTO
High purity clinoptilolite silicate structures
are characterized by low solubility in water and acid; low to moderate
Specific Gravity, with comparatively high hardness. Based on
crystallography, the basic atomic structure of nextSand media consists
of four (4) atoms of oxygen equally spaced. With this tetrahedral crystal
structure (Si2O4) oxygen atoms are shared with other Si2O4 structure to
form the unique crystal framework (Fig. 1).
59
PRÉ-TRATAMENTO
60
PRÉ-TRATAMENTO
REMOÇÃO SELETIVA CÁTIONS
Abrandador
61
PRÉ-TRATAMENTO
O que é dureza?
Quantidade total de cátions Ca+2 e Mg+2, normalmente
presentes em águas subterrâneas. É medido em mg/L que
possui o mesmo significado físico de ppm. Água com dureza
menor do que 20 mg/L é chamada de água branda.
 Níveis de dureza:
Água Branda
< 20 mg/L
Água Levemente Dura
20 – 60 mg/L
Água Moderadamente Dura
120 – 180 mg/L
Água Muito Dura
>180 mg/L
62
PRÉ-TRATAMENTO
Quais os problemas ocasionados por uma água com
alto teor de dureza?

Ca+2 e Mg+2
precipitam formando depósitos nas
superfícies de tubulações, tanques e aquecedores.

Ca+2 e Mg+2 possuem alta afinidade química, por isso
reage facilmente com todos os ingredientes da água,
ocasionado um grave inconveniente, como por exemplo
o efeito menos efetivo de sabões e detergentes.
63
PRÉ-TRATAMENTO
Qual é o mecanismo de abrandamento ?

O processo de troca iônica usa uma mídia especial de
polímero (resina) na forma de pequenas esferas.

Ocorre a troca de cátions Ca+2 e Mg+2 por cátions de
sódio da solução saturada de NaCl (salmoura).

Quando a resina alcança sua capacidade de troca ela deve
ser “regenerada” com mais salmoura para dar-lhe uma
nova capacidade para remover mais dureza. A seqüência
da troca iônica e regeneração proporciona remoção
continua de dureza.
64
PRÉ-TRATAMENTO
Como a resina de troca iônica é usada?




Em
abrandadores,
equipamentos
especialmente
projetados, que controlam automaticamente o processo
de troca iônica.
Composição:
Resina de troca iônica;
Tanque Park contendo resina;
Uma válvula de controle hidráulico muito funcional e
Tanque de salmoura
65
PRÉ-TRATAMENTO
REMOÇÃO DE CLORO
Bomba dosadora de metabissulfito de sódio 2%
66
PRÉ-TRATAMENTO
REMOÇÃO DE CLORO
Outra opção: Carvão Ativado impregnado de Prata

MATERIAL POROSO

REMOÇÃO DE CLORO = ABSORÇÃO

REMOÇÃO DE COMPOSTOS ORGÂNICOS
“GROSSEIROS”=ADSORÇÃO
67
PRÉ-TRATAMENTO
REMOÇÃO DE CLORO
Outra opção: Carvão Ativado impregnado de Prata

Necessidades:
- Retrolavagem
- Sanitização
- Reativação ???

Problemas: contaminação microbiológica.
68
PRÉ-TRATAMENTO
AJUSTE DE pH
Dosador de hidróxido de sódio 2%
69
FINAL DO SEGUNDO MÓDULO
70
TRABALHO EM GRUPO
TEMA: “ TIPOS DE ÁGUA NA INDÚSTRIA FARMACÊUTICA
E PRINCIPAIS PROCESSOS DE OBTENÇÃO”
OBJETIVO: Identificar e definir os tipos de água usados na
indústria farmacêutica, informando quais as principais
operações de purificação para obtê-los. Descrever
resumidamente o fundamento de cada operação,
apontando as vantagens e desvantagens associadas ao
seu uso.
DATA ENTREGA: 16/ 11/ 2009
71