abrandamento químico - tratamento de Águas
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Abrandamento Químico - Tratamento de ÁguasTRANSCRIPT
Tratamento de ÁguasDepartamento de
Engenharia Química e de Materiais da PUC-Rio
Abrandamento de água
Dureza da água
O termo dureza foi originado em razão da
dificuldade no processo de lavagem de
roupas, com águas contendo elevada
concentração de certos íons minerais;
Isto era resultado da capacidade deste íons
reagirem com sabões, evitando a formação
de espuma;
Na reação eram formados sabões insolúveis,
que precipitavam.
Dureza da água
Estearato de sódio Estearato de cálcio
Dureza da água
Além de reagir com sabões, a
dureza da água pode resultar
na formação de incrustações
em tubulações e dispositivos
de troca térmica (perda de
rendimento e risco de
explosão).
Dureza da água
Ca2+ + 2HCO3− ⇋ Ca2+ + CO3
2− + CO2 + H2O
Ca2+ + CO32− ⇋ CaCO3
Dureza da água
A dureza é resultado da presença de íons bivalentes,
destacando-se o cálcio e o magnésio;
Outros íons também podem atribuir dureza a água:
Ferro;
Manganês;
Estrôncio;
Bário;
Zinco;
Alumínio.
Dureza da água
Origem Natural:
Dissolução de minerais.
Origem Antropogênica:
Despejos industriais.
Aluno: Thiago da Silva Ribeiro
Disciplina: Tratamento de Águas
Professor: Luiz Alberto Teixeira
Medida da dureza
Em tratamento de água a dureza é expressa em concentração equivalente ao carbonato de cálcio (mg/L);
Ela pode ser designada de várias maneiras:
Dureza total: soma da concentração de todos os íons responsáveis pela dureza;
Dureza devida a carbonatos: parcela relacionada a presença de sais na forma de carbonatos (HCO3
-, CaCO3);
Dureza devida a não carbonatos: parcela devida a sais diferentes:
Sulfato de cálcio, cloreto de cálcio, sulfato de manganês e cloreto de manganês.
Medida da dureza
Experimentalmente a dureza pode ser determinada mediante a titulação da amostra com EDTA - ácido etilenodiaminotetracético (ou outra técnica analítica que quantifique cálcio e magnésio).
Classificação das águas em função da
dureza
Com relação a concentração de dureza, a água pode
ser classificada em quatro categorias:
ClassificaçãoDureza
(mg CaCO3/L)
Branda < 75
Dureza moderada 76 - 150
Dura 151 - 300
Muito dura > 300
SAWYER, C. N.; McCARTY, P. L.; PARKIN, G. F. Chemistry for
sanitary engineers. 4º ed, New York, McGraw-Hill, 2000.
Padrão de aceitação para consumo
humano
PORTARIA Nº 2.914, DE 12 DE DEZEMBRO DE
2011 (Valor máximo permitido: 500mg CaCO3/L).
Fatores associados à dureza
Para o controle da corrosão e incrustações em redes de água, o controle da dureza devido a carbonatos é muito importante;
Em função do equilíbrio entre carbonatos a água pode ser corrosiva ou incrustante:
Se a água tiver tendência para solubilizar carbonato ela é considerada corrosiva;
No caso de haver tendência para precipitação de carbonato, a água é considerada incrustante.
Benefícios para redução da dureza
Redução da tendência de incrustação;
Redução do consumo de sabões e detergentes;
Outros benefícios podem ser atingidos dependendo da tecnologia adotada.
Remoção da dureza
O processo de remoção da dureza é conhecido
como abrandamento;
O abrandamento pode ser feito de três formas:
Precipitação química processo geralmente
utilizado para águas com elevada concentração de
dureza;
Troca catiônica mais indicado para o caso onde a
concentração da dureza seja baixa;
Processo de nanofiltração utilização de
membranas poliméricas.
Abrandamento por precipitação
química
É utilizado o processo a base de cal (CaO) e
carbonato de sódio;
A cal é utilizada para elevar o pH da água,
fornecendo a alcalinidade necessária;
O carbonato de sódio pode fornecer a
alcalinidade para reação e também os íons
carbonato necessários.
Reações envolvidas
423324
4224
3223
233223
23223
23322
22
)()(
)()(
2)()(
22)()(
2)(
)(
SONaCaCOCONaCaSO
CaSOOHMgOHCaMgSO
CaCOOHMgOHCaMgCO
OHMgCOCaCOOHCaHCOMg
OHCaCOOHCaHCOCa
OHCaCOCOHOHCa
OHCaOHCaO
Considerações
A utilização do CaO é mais indicada pois esta
apresenta menor custo;
É possível utilizar também o hidróxido de
sódio como alcalinizante, mas é um produto
de custo mais alto.
Processo de abrandamento em dois estágios com excesso
de cal ou carbonato
Cal
Coagulante CO2
Auxiliar de
filtração
Água Abrandada
Pré-tratamento
Lodo
1° Estágio 2° Estágio
Filtração
Na2CO3
Coagulante
Vantagens e desvantagens
Precipitação química:
Vantagens:
Pode ser aplicado para águas com dureza elevada;
Possibilita remover da água outros contaminantes:
Alguns radionuclídeos;
Remoção de metais pesados e arsênio;
Clarificação da água;
Tecnologia bem estabelecida.
Desvantagens:
Utilização de produtos químicos;
Produção de lodo;
Necessidade de ajustes finais.
Abrandamento por troca catiônica
A resina atua trocando dois tipos de íons
presentes na água (cálcio e magnésio) por
outro (sódio) presente na solução de salmoura.
A troca ocorre na superfície da resina.
Somente os cátions da resina são livres para
se movimentarem. A porção de ânions da
resina é tão grande e estável que não pode ser
dissolvida pela água, e consequentemente não
é livre.
Abrandamento por troca catiônica
A resina catiônica empregada pertence a um
grupo tido como moderno, em termos de
tecnologia. Formada a partir do estireno
polimerizado sulfonado, sua principal
característica é a estabilidade química, o que
permite atuar em diversas temperaturas e
diversos tipos de qualidade de água.
O ciclo de abrandamento
Abrandador
de água
Com material
de troca iônica
carregado de
sódio
Água dura
Água branda
contendo sódio
em troca
da dureza
Muitos litros
depois....
O abrandador
continua a
fornecer água
completamente
branda
A capacidade
de abrandar
dura está
acabando....
Agora é necessária
uma regeneração
com salmoura para
recarregar o
material de troca
com sódio
O ciclo de regeneraçãoÁgua contendo
dureza em
troca do sódio
Salmoura,
a fonte mais
econômica
de sódio
Ainda
descarregando
água contendo
dureza
Remoção do
exceso da
salmoura
Abrandador
de água
15 a 20 minutos
mais tarde....
A regeneração
está quase
completa
Com o material
de troca outra
vez pronto para
trocar sódio por
dureza e
continuar
fornecendo água
completamente
branda
Considerações
Os abrandadores de água funcionam sob
o princípio da seletividade, que está
baseada na valência e peso molecular do
íon.
Os cátions divalentes (com duas cargas
positivas) serão mantidos na resina
catiônica com preferência sobre os cátions
monovalentes (uma carga positiva).
Considerações
A seletividade sobre os cátions com a
mesma carga será baseada no peso
molecular. Quanto maior seja o peso
molecular maior é a seletividade da resina
catiônica.
Elemento Símbolo Carga Peso Molecular Seletividade
Bário Ba +2 137,34 Maior
Ferro Fe +2 55,847
Cálcio Ca +2 40,08
Magnésio Mg +2 24,305
Potássio K +1 39,102
Sódio Na +1 22,9898
Hidrogênio H +1 1,008 Menor
Reação Química no abrandador
NaCl
Água Bruta
Ca(HCO ) 3 2
Mg(HCO ) 3 2
CaSO
MgSO
CaCl
MgCl
NaCl2
2
4
4
(Na) R +
Água Abrandada
NaHCO
Na SO
NaCl2 4
3
Exaustão: Ca + Mg + (Na) R +
Regeneração: NaCl + Ca
MgR
Ca
MgR + Na
CaCl + MgCl + NaR2 2
Vantagens e desvantagens
Troca catiônica:
Vantagens:
Grande eficiência para remoção dos íons responsáveis pela dureza;
As resinas podem ser regeneradas;
Não há formação de lodo no processo.
Desvantagens:
Requer um pré-tratamento da água;
Ocorre saturação da resina, exigindo a sua regeneração;
Requer o tratamento do efluente da regeneração.
Abrandamento por processo de
nanofiltração
A nanofiltração é um processo especial de
membranas que remove partículas de
diâmetros até a ordem de 1 nanômetro (10
Ångstroms).
A nanofiltração é um processo situando entre
a osmose reversa e a ultrafiltração. A
vantagem do processo de nanofiltração é o
menor consumo energético.
Abrandamento por processo de
nanofiltração
Abrandamento por processo de
nanofiltração
Remoção de compostos orgânicos de baixo
peso molecular e íons divalentes e trivalentes
dissolvidos, através de uma membrana que
restringe, total ou parcialmente, uma ou
várias espécies químicas.
Valor típico do fluxo de água pela membrana: 20 a 30 L.h-1.m-2.
Vantagens e desvantagens
Nanofiltração:
Vantagens:
Remove com eficiência íons responsáveis pela dureza;
Não requer a utilização de produtos químicos;
Ocorre a remoção de outros contaminantes, orgânicos e inorgânicos.
Desvantagens:
Tem uma menor produção de água em relação aos demais processos;
Requer um nível elevado de pré-tratamento;
Água com elevada dureza pode resultar em perda da eficiência do sistema;
Ocorre a geração de uma corrente de concentrado.
Referências Bibliográficas
ATKINS, P., JONES, L. Princípios de química: Questionando a
vida moderna e o meio ambiente. 3°ed. Porto Alegre: Bookman,
2006.
KOTZ,J.C; TREICHEL Jr.,P.M.; WEAVER, G.C. Química Geral e
Reações Químicas. 6ed. Vol 2. São Paulo,2010.
SAWYER, C. N.; McCARTY, P. L.; PARKIN, G. F. Chemistry for
sanitary engineers. 4º ed, New York, McGraw-Hill, 2000.
SILVA, D.O.; CARVALHO, A.R.P. Agua Dura e Abrandamento.
Soluções em engenharia de tratamento de água.
OLIVEIRA, R., FERNANDES, C. Determinação da Dureza Total
(Dureza de Cálcio e Magnésio), Departamento de Engenharia
Civil, UFCG.
Aluno: Thiago da Silva Ribeiro
Disciplina: Tratamento de Águas
Professor: Luiz Alberto Teixeira
Muito obrigado
pela sua atenção!