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Abrandamento

� Remoção da dureza presente na água.

O que significa ÁGUA DURA?

Quais os problemas causados?

Como podemos eliminá-la?

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Água dura

� Presença de sais de Ca2+ e Mg2+, principalmente, bicarbonatos, sulfatos e cloretos.

Classificação da água quanto à dureza

Água [CaCO3], mg/L

Branda 0 – 75

Pouco dura 75 – 150

Dura 150 – 300

Muito dura > 300

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Dureza da água

� Reage com sabões

� Incrustações

Remoção da dureza da água

� Abrandamento químico – Adição de produtos químicos

� CaO; Ca(OH)2� Na2CO3

� Aplica-se em águas de elevada dureza (200 a 300 ppm CaCO3)

� Abrandamento a quente → maior eficiênciaDureza residual: 17 – 25 ppm CaCO3

� Abrandamento a frio → menor eficiência

Dureza residual: 30 – 85 ppm CaCO3

� Troca iônica (resinas catiônicas) – Maior remoção da dureza

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Abrandamento químico

� Produtos adicionados: CaO, Ca(OH)2 e Na2CO3

CaO + H2O � Ca(OH)2Ca(OH)2 + H2CO3 � CaCO3 � + 2 H2OCa(HCO3)2 + Ca(OH)2 � 2 CaCO3 � + 2 H2OMg(HCO3)2 + Ca(OH)2 � MgCO3 + CaCO3 � + 2 H2OMgCO3 + Ca(OH)2 � Mg(OH)2 � + CaCO3 �MgSO4 + Ca(OH)2 � Mg(OH)2 � + CaSO4CaSO4 + Na2CO3 � CaCO3 � + Na2SO4 �

Troca iônica

� Reação química que permite a remoção total dos sais dissolvidos, através da passagem da água por produtos que substituem os íons dos sais por íons de hidrogênio (H+) e hidroxila (OH–), equivalente por equivalente.

� Resinas de estireno (Sty)/divinilbenzeno (DVB) (copolímero Sty-DVB) contendo de 8 a 20% de DVB.

Microscopia ótica de resina Sty-DVB

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Troca iônica

� O que acontece quando a resina é colocada na água?

Incha � separação das cadeias poliméricas � difusãodos íons da solução aquosa para o interior da resina

� Dois tipos de resinas:

� CATIÔNICAS � Cátions trocáveis na superfície � Sítiosativos fixos apresentam carga negativa � Troca comcátions presentes na solução aquosa.

� ANIÔNICAS � Ânions trocáveis na superfície � Sítiosativos fixos apresentam carga positiva � Troca comânions presentes na solução aquosa.

Troca iônica

FONTE: https://www.ipen.br/biblioteca/slr/cel/0399

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Resina aniônica

Resina catiônica

Tipos de resinas de troca iônica

� Dois principais grupos:

� Resinas catiônicas

� Fortemente ácida (CFA)

� Fracamente ácida (CfA)

� Resinas aniônicas

� Fortemente básica (AFB)

� Fracamente básica (AfB)

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Tipos de resinas de troca iônica

� Grupos funcionais (sítios ativos)

Resinas catiônicas (CFA e CfA)

� Resinas CFA → adequadas para abrandamento de água (removem dureza temporária e permanente) e também desmineralização, operando em uma ampla faixa de pH.

� Resinas CfA → não são adequadas para abrandamento, pois só removem a dureza temporária (Ca2+ e Mg2+ ligados aos íons bicarbonato e carbonato) e atuam em faixa de pH de neutro para alcalino.

FONTE: https://www.snatural.com.br/resinas-troca-ionica-2/

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Resinas aniônicas (AFB e AfB)

� Resinas AFB → Remoção de ânions fracamente ionizáveis (sílica e bicarbonato). Aplicadas em desmineralização da água e remoção seletiva de flúor.

� Resinas AfB → Removem ânions de ácidos fortes (cloreto, sulfato e nitrato). Aplicadas em desmineralização da água. Atuam em faixa de pH ácido.

FONTE: https://www.snatural.com.br/resinas-troca-ionica-2/

Capacidade de troca das resinas

� A capacidade de troca das resinas está relacionada à quantidade de sítios ativos presentes nela.

� Quando todos esses sítios estão ocupados, a resina está saturada.

� Esta quantidade de sítios ativos depende, também, do nível de regeneração das resinas.

� Este nível de regeneração está associado à concentração da solução regenerante.

� Quanto mais concentrada for a solução de regeneração, maior será a capacidade de troca das resinas.

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Ca Ca MgNa2

MgNa2Resina trocadora

do cátion H+

Solúvel Insolúvel Insolúvel Solúvel

(HCO )23- + 2HR R2 + 2 H2O + 2 CO2

Ca Ca MgNa2

MgNa2Resina trocadora

do cátion H+

Solúvel Insolúvel Insolúvel Solúvel

SO42-

(Cl-)2+ 2HR R2 + H2 SO4

Cl2

Troca iônica – Resina catiônica

Regeneração da resina catiônica

Ca MgNa2

Insolúvel Solúvel Insolúvel Solúvel

2HR + Ca

SO4MgNa2

R2 + H2SO4Resina trocadorado cátion H+

Troca iônica – Resina catiônica

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Resina trocadorado ânion OH-

Solúvel Insolúvel Insolúvel

H2SO4 + 2 R4NOH (R4N)2SO4 + 2 H2O

Regeneração da resina aniônica

Insolúvel Solúvel Insolúvel Solúvel

Resina trocadorado ânion OH-

Troca iônica – Resina aniônica

Abrandamento por troca iônica

� A água passa em um leito de resina catiônica forte.

� Nesta aplicação, as resinas estão condicionadas na forma sódica - Os íons Ca2+ e/ou Mg2+ na água são retidos no grupamento do ácido sulfônico e os íons sódio, (Na+) da resina são liberados para a água.

2 R-Na + Ca2+ → R2-Ca + 2 Na+

2 R-Na + Mg2+ → R2-Mg + 2 Na+

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Abrandamento por troca iônica

FONTE: https://www.snatural.com.br/resinas-troca-ionica-2/

� Quando todos os íons sódio presos ao grupamentodo ácido sulfônico foram trocados por cálcio emagnésio, a resina se encontra no estado saturado enecessita, então, ser regenerada.

� Remoção de todas as espécies iônicas da água (deionização).

� 02 processos:

� Troca iônica

� Osmose reversa

Desmineralização (dessalinização)

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� Resinas catiônicas (CFA e CfA) e aniônicas (AFB e AfB).

� A água que será submetida ao processo de desmineralização passa opcionalmente por um filtro de carvão .

Remover íons de cloro, implicando assim em um aumento da vida útil das resinas.

� Leitos individuais, mistos ou combinação destes.

Desmineralização por troca iônica

H+

OH-

Resina Catiônica

Resina Aniônica

Saída de Água

Água de Alimentação

Leito de Resinas

H2O

H2ONa+

Ca2+

Na+H2O

CO32-

Mg2+OH-

Cl-Ca2+

SO42-K+

HCO3-

H+

H+

H+

OH-

OH-

H+

H+

H+

OH-

OH-

OH-

OH-

OH-

H2O

H2O

H2O

H2OH2O

Cl- H2O

Representação do processo de troca iônica

"Sistema de desmineralização" em Iturama - MG (100 m3/h)

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� Remover sais dissolvidos na água.

� Empregam-se membranas sintéticas porosas com tamanho de poros bem pequenos que retém os sais dissolvidos na água.

� Reduz a necessidade de regeneração dos leitos de troca iônica;

� Redução de despesas (não utiliza produtos químicos) e manutenção destes leitos.

Desmineralização por osmose reversa

Água p

ura

Água salg

ada

Osmose reversa – Inversão do fluxo osmótico

Osmose

Membrana semi-impermeável

Osmose reversa

Membrana semi-impermeável

Água salg

ada

Água p

ura

Pressão > Posmótica

Retém os saisPermeável à água

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Osmose reversa� Conjunto de membranas

semipermeáveis (poliamida com polissulfona), enroladas em forma de espirais.

Fonte - http://www.snatural.com.br/membranas-ultrafiltracao-filtracao-agua/

FONTE: https://www.ferran.com.br/o-que-e-osmose/

FONTE: https://br.freepik.com/vetores-premium/poros-da-membrana-da-osmose-reversa_2196005.htm

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Capacidade dos processos de separação por membranas

FONTE: https://www.meiofiltrante.com.br/Artigo/1120/membranas-meio-filtrante-de-tecnologia-avancada

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FONTE: http://www.cerb.ba.gov.br/sites/www.cerb.ba.gov.br/files/sala_de_imprensa/publicacoes/MANUAL%20DESSANILIZADOR[1].pdf

Sistema de dessalinização por osmose reversa

FONTE: https://betaeq.com.br/index.php/2019/09/04/a-potabilizacao-da-agua-do-mar-e-uma-realidade/

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TABELA DE REJEIÇÃO ÀS IMPUREZASÍon Rejeição Íon Rejeição

95/99% Cálcio 92/97% Nitrato

94/99% Sódio 85/97% Amônia

95/99% Magnésio 100% Bactérias

94/99% Chumbo 61/92% Borato

97/99% Manganês 67/95% Boro

97/99% Ferro 97/99% Cádmio

97/99% Alumínio 97/99% Cloreto

97/99% Cobre 95/99% Cromato

96/99% Mercúrio 97/99% Níquel

95/99% Radioatividade 92/97% Cianureto

98/99% Pesticidas 97/99% Sílica

95/99% Prata 96/99% Fluoreto

97/99% Fosfato 97/99% Zinco

97/99% Sulfato 98/100% Orgânicos

95/99% Dureza Ca2+ e Mg2+ 87/94% Potássio

96/99% Estrôncio 96/99% Bário

97/98% Cromo 95/99% Bicarbonato

87/94% Brometo 98/99% Ferrocianeto

85/90% Silicato 97/99% Arsênio

O que um sistema de osmose reversa elimina da água em percentuais?

FONTE: https://www.ferran.com.br/o-que-e-osmose/

FONTE; Dados adaptados da Associação Internacional de Dessalinização (IDA), 2019) - https://betaeq.com.br/index.php/2019/09/04/a-potabilizacao-da-agua-do-mar-e-uma-

realidade/

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Descloração

� Dois casos onde a água deve ser desclorada:

� Para fim de água potável - Água contaminada pordespejos domésticos ou com muita matéria orgânica� superclorada durante os primeiros estágios dotratamento ⇒ Necessitam ser descloradas erecloradas em níveis mais baixos para envio aosconsumidores.

� Plantas de desmineralização (caso mais freqüente) � Cl2 ataca as resinas � provocando deterioração, perda ou diminuição de suas atividades.

� Processo de descloração mais comum:

Filtração sobre leito de CARVÃO ATIVO

2Cl2 + C + 2 H2O � 4 HCl +CO2

Descloração

Reage imediatamente com os sais de cálcio presentes na água � CaCl2 que é solúvel

Poroso

Adsorve o cloro livre.

É oxidado pelo cloro a CO2

É reduzido a Cl-

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FONTE: https://sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/antigas/2005/BIT05008.pdf

Carvão ativo

Remoção de impurezas gasosas

� CO2; H2S; CH4; O2

� Aeração

� Desaeração

� Adição de sulfito de sódio (Na2SO3) ou hidrazina (N2H4)

� Processos físicos � Baseiam-se na diminuição de solubilidade do

gás e sua consequente separação da água;

� Processos químicos � Oxidação ou redução dos compostos

gasosos.

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Aeração

Torres de aeração

� Colocar a água em contato estreito com o ar;

� Transferir substâncias voláteis da água para o ar;

� Permite a remoção de CO2, H2S, CH4 e outras substâncias voláteis.

Desaeração ou deaeração

Desaerador

� Aumento da temperatura da água � redução da solubilidade dos gases na água (O2, CO2).

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Remoção química de O2

� Adição de hidrazina (N2O4) ou sulfito de sódio (Na2SO3)

N2H4 + O2 � N2 + 2 H2O

Na2SO3 + ½ O2 � Na2SO4