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Page 1: Tratamento de Águas Industriais 2014

Prof. Ms. Leonardo H. de Oliveira

TECNOLOGIA EM TRATAMENTO DE ÁGUAS

UNIVERSIDADE DO OESTE DE SANTA CATARINA – UNOESC

Área de Ciências Exatas e da Terra – ACET

Curso de Engenharia de Produção

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ÁGUAS

Disponibilidade hídrica: 1,36 x 109 a 1,46 x 109 Km3

Figura. 1. Distribuição percentual de água doce disponível na terra. (Fonte: Libânio, 2010)

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Figura. 2. Distribuição de águas superficiais nos continentes (Fonte: Libânio, 2010)

Figura. 3. Distribuição (%) da disponibilidade hídrica nas Amércias (Fonte: Libânio, 2010)

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Figura. 4. Países com maior disponibilidade hídrica per capita do planeta (Fonte Libânio, 2010).

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Figura. 5. Distribuição do consumo de água nos continentes (Fonte: Libânio, 2010)

Figura. 6. Consumo per capita doméstico e industrial EUA – 1996 (Fonte: Libânio, 2010) .

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Figura. 7. Consumo de água por setor em nível nacional (Fonte: Libânio, 2010).

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Tabela 1. Classificação da disponibilidade hídrica per capita dos estados da federação (Libânio, 2010)

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Figura. 8. Consumo de água (%) nas cinco regiões brasileiras (Fonte: Libânio, 2010).

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HISTÓRICO:

- ARISTÓTELES considerou a água como elemento químico até o fim do século XVII.

- LAVOISIER através de seus estudos, levou em consideração a combustão do hidrogênio e notou a presença da formação de umidade.

- COVEMDISH observou que misturando hidrogênio com oxigênio em certas proporções desapareceu dando como produto a água (H2O).

H2 + ½ O2 H2O 100% 50% consumido consumido

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1.1 Propriedades químicas da água

1º A água reage com metais alcalinos (elementos do grupo 1A da tabela periódica, Na; Li) violentamente, dando como produto da reação hidróxidos metálicos mais hidrogênio (vídeo).

2º A água reage em condições normais com metais alcalinos terrosos (Grupo 2A, Ca), tendo como produto da reação hidróxidos metálicos mais hidrogênios.

3º A água reage somente a quente com metais de transição (grupo B, Zn; Fe), tendo como produto da reação óxidos metálicos mais hidrogênio.

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1.1 Propriedades químicas da água

4º A água reage com alguns não metais (C; Si) somente quando são aquecidos ao rubro, tendo como produto da reação óxidos não metálicos mais hidrogênio. O flúor (F2) reage a frio.

5º A água reage com certos óxidos não metálicos (SO3, NO2), tendo como produto da reação ácidos.

6º A água reage com certos óxidos Metálicos (BaO, MgO, CaO), tendo como produto da reação bases ou hidróxidos.

7º Os hidretos metálicos (NaH, LiH) reagem com a água, tendo como produto da reação hidróxidos metálicos mais hidrogênios.

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1.2 Propriedades físicas da água (Libânio, 2010).

Calor específico – Quantidade de energia requerida, por unidade de massa, para elevar a temperatura de um fluido ou substância.

O elevado calor específico da água permite absorver grande quantidade de calor sem apresentar significativa variação de temperatura.

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1.2 Propriedades físicas da água

Massa específica (Kg/m3, SI)– É o quociente entre a massa e o volume de um fluido ou determinada substância.

Densidade (adimensional) – É a razão entre a massa específica do líquido ou do sólido e da água a 4 °C.

Peso específico – O produto da massa específica e a aceleração da gravidade (Qual unidade no SI?).

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1.2 Propriedades físicas da água

À temperatura de 20 °C, usual na maioria dos sistemas de abastecimento do país, a massa específica da água é 998 Kg/m3;

Mesmo em temperaturas negativas, o abastecimento de água permanece;

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1.2 Propriedades físicas da água

A diferença de densidade da água entre as temperaturas de 24 e 25 °C é 26 vezes maior que no intervalo de 4 a 5°C (estratificação em lagos e represas) (Libânio, 2010).

Tabela. 2. Propriedades físicas da água no Sistema Internacional de Unidades.

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1.2 Propriedades físicas da água

Fonte: http://www.ufrrj.br/institutos/it/de/acidentes/tem.htm

Relação temperatura, profundidade e oxigênio dissolvidoEstratificação de corpos d’água

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1.2 Propriedades físicas da água

Viscosidade dinâmica ou absoluta (Pa.s) de um líquido traduz a sua resistência ao escoamento (ou deslocamento no interior da massa líquida);

O quociente entre a viscosidade dinâmica e a massa específica denomina-se viscosidade cinemática (m2.s);

Na temperatura de 20 °C a água apresenta viscosidade dinâmica de 10-3 Pa.s e viscosidade cinemática de 10-6 m2.s.

Na potabilização, o aumento da temperatura da água e consequente redução da viscosidade pode favorecer a sedimentação das partículas (Libânio, 2010).

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1.2 Propriedades físicas da água

Denomina-se pressão de vapor à pressão exercida no espaço pelas moléculas de vapor;

A magnitude desta pressão é governada pela pressão reinante e pela temperatura. Quando a pressão acima da superfície iguala-se à pressão de vapor o líquido entra em ebulição, mesmo à temperatura ambiente (Libânio, 2010).

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1.2 Propriedades físicas da água

Tensão superficial - Na interface entre um líquido e um gás ou dois líquidos imiscíveis, desenvolve-se uma fina película em virtude das forças de atração entre as moléculas do líquido abaixo da superfície;

A tensão superficial da água é inversamente proporcional à temperatura;

Esta propriedade permite que diversos pequenos organismos possam sobreviver na interface água-ar atmosférico;

A tensão superficial da água pode ser afetada pelo lançamento de despejos contendo sabões e detergentes que causará o desequilíbrio deste ecossistema (Libânio, 2010);

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1.2 Propriedades físicas da água

Condutividade térmica – é a capacidade de um fluido ou substância transmitir a energia térmica por meio de colisões moleculares;

A água apresenta baixa condutividade térmica e a difusão de calor na massa líquida somente ocorre por convecção graças a variação da densidade (massa específica) com a temperatura da coluna d’água;

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Capacidade de dissolução – As águas naturais apresentam capacidade de dissolução de grande diversidade de substâncias químicas e gases;

A solubilidade das substâncias químicas - Aumento da tempertura e redução do pH do ambiente aquático; A solubilidade dos gases na água, e a concentração por consequência, depende da pressão parcial do gás a esta temperatura;

No Brasil – (Fe+2 e Mn+2), se não removidos adequadamente no tratamento, podem oxidar (Fe+3 e Mn+4) e conferir cor á água de consumo;

Efluentes indutriais – metais pesados; amônia, nitrito, nitrato (eutrofização); íons - carbonatos, bicarbonatos, cloretos, sulfatos – alcalinidade e dureza;

Oxigênio dissolvido – Fundamental para diversidade. Anaeróbios (gases mal cheirosos – H2S e CH4) (Libânio, 2010);

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1.2 Propriedades físicas da água

A água é uma substância líquida a temperatura e pressão normal, transparente, inodora, sem sabor, possui ponto de fusão igual 0ºC, ponto de ebulição igual a 100ºC, densidade igual a 1g/cm3.

Estado natural da água

- estado sólido (geleiras); - estado líquido (rios e mares); - estado gasoso (na atmosfera).

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Purificação da água

É feita através do processo físico chamado de destilação, por meio desse processo obtém-se a chamada água destilada, que para todos os efeitos de ordem prática é considerada pura.

Água Pesada

Possui a mesma composição química que a água natural, porém o hidrogênio aparece na molécula como um isótopo do hidrogênio natural, mas com uma diferença em sua massa atômica.

Este isótopo é conhecido como Deutério (D) possui massa atômica igual a 2. O Deutério difere do hidrogênio por ter um nêutron no seu núcleo atômico, enquanto que o hidrogênio não possui nêutrons em seu núcleo.

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Características físicas (Sólidos: suspensão, coloidas ou dissolvidos);

Características químicas (matéria orgânica ou inorgânica);

Características biológicas (Seres vivos ou mortos: Animal, vegetal, protista)

Impurezas encontradas nas águas (SPERLING, 1996)

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1.3 Características de qualidade das águas naturais, residuais e corpos receptores

A. Parâmetros físicos

Cor

Conforme Sperling (1996), a cor é devida á presença de substâncias dissolvidas na água. Classifica-se como cor verdadeira, devido somente às substâncias dissolvidas, e cor aparente, aquela associada à cor e turbidez, ou seja, determinada sem separação do material em suspensão.

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ÁGUAS

1.3 Características de qualidade das águas

A. Parâmetros físicos

Cor

Segundo LIBÂNIO (2010), os compostos orgânicos que conferem cor às águas naturais são provenientes basicamente de duas fontes:

Em maior magnitude, da decomposição da matéria orgânica de origem predominantemente vegetal e do metabolismo de microrganismos presentes no solo (ex. 80%, Rio Mississipi, EUA);

De atividades antrópicas, tais como, descarga de efluentes domésticos ou industriais, lixiviação de vias urbanas e solos agriculturáveis (exemplo: 15%, Rio Mississipi, EUA);

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1.3 Características de qualidade das águas

A. Parâmetros físicos

Cor

Determinação da cor verdadeira (sólidos dissolvidos ou coloidais):

1) Centrifugação ou filtração – Remoção das suspensas;

2) A intensidade da cor é realizada comparando-se a amostra com um padrão de cobalto-platina. O resultado é dado em unidades de cor (uC) ou unidade Hazen (uH).

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Em fábricas de papel, por exemplo, a cor na água de processos irá tingir as fibras de celulose. Em aplicações de água para a alimentação de caldeiras, a matéria orgânica, que produz a cor tende a se carbonizar provocando incrustações nos tubos da caldeira. Cor como indicador de M. O.

Situação real – Presença Ferro: http://www.saae.luz.mg.gov.br/noticia.php?id=20

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Matéria orgânica (húmicas x não húmicas)

Húmicas:

Ácidos fúlvicos – menor suscetibilidade coagulação;

Ácidos húmicos – complexam ferro (cor), são mais facilmente coagulados, mas formam maiores concentrações de THM.

Solução - Processos oxidativos – redução P. M.

Matéria orgânica – subprodutos, cor, sabor e odor, interfere

na remoção de ferro e manganês e recrudescimento de

microrganismos na rede. Bactérias (biofilme).

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Cor

A cor é ainda é monitorada na maioria das estações de tratamento do País por meio do emprego do disco comparador e, nos sistemas de maior porte, por espectrofotometria. Recomenda-se que a determinação seja feita junto a análise de pH (menor pH – maior Cor verdadeira).

Tratamentos:

5 uH – dispensam coagulação;

5 – 25 uH – coagulação;

Acima de 25 uH – coagulação seguida de filtração;

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Turbidez

Para Prodemge (1999), a turbidez representa o grau de interferência da passagem de luz na água, conferindo-lhe uma aparência turva;

É expressa em unidades de turbidez (uT), unidades nefelométricas de turbidez (UNT), unidades Jackson ou nefelométrica.

Segundo Libânio (2010), refere-se a concentração de partículas suspensas e coloidais presentes na massa líquida.

Parâmetro de monitoramento do afluente e do efluente em quase todas as estações de tratamento de água pela simplicidade, rapidez e custo do equipamento (Libânio, 2010).

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Turbidez

Avaliação de desempenho de estações de tratamento;

Relacionada a maior eficiência de desinfecção (efeito escudo);

No Brasil (Portaria 518):

Águas com turbidez inferior a 5,0 uT (95% abaixo de 1,0 uT);

EUA:

Águas com turbidez inferior a 1,0 uT (95% abaixo de 0,3 uT);

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ÁGUAS

Turbidez

Turbidímetro de bancada - Jogo de 05 cubetas padrão de turbidez nos valores: 0,1 NTU, 0,8 NTU, 8 NTU, 80 NTU e 1000 NTU- 01 Cubeta de amostra - Suporte em acrílico para cubeta e cubetas padrão

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Turbidez (águas brutas ou tratadas):

Águas superficiais: 3 a 500 uT.

Subterrâneas: inferior a 1 uT.

Lagos e represas: inferior a 10 uT.

Tratamentos:

Inferiores a 20 uT - diretamente para o processo de filtração;

Acima de 50 uT, requerem uma etapa antes da filtração, chamada de coagulação química;

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Sabor e Odor

Conforme Sperling (1996) pode-se definir como sabor à interação entre o gosto (salgado, doce, azedo e amargo), e o odor. O odor está basicamente relacionado com a sensação olfativa.

Origem

Substâncias químicas e gases dissolvidos*

*(gás carbônico, oxigênio, nitrogênio, amônia, sulfeto de hidrogênio, metano).

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ÁGUAS

Sabor e Odor

Superficiais:

Compostos orgânicos resultantes do metabolismo de microrganismos, decomposição de folhas e plantas aquáticas, lançamento de efluentes industriais (orgânicos aromáticos: fenóis e nitrofenóis, lixiviação de solos.

Subterrâneas

Principalmente por fenômenos naturais (decomposição anaeróbia de enxofre orgânico – H2S, dissolução de sais e minerais – percolação da água por rochas, solos). Antrópica (percolação do lixiviado dos aterros sanitários).

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ÁGUAS Sabor e Odor

Não há metodologia, bem como padrões de qualidade – detecção odor e sabor. (insípida e completamente inodora);

Sensibilidade dos operadores em perceberem essa alteração;

Dificuldade devido a presença de uma grande variedade de compostos químicos (que não causam malefícios à saúde), mas fazem parte das reclamações da população;

Os sistemas de abastecimento que utilizam águas superficiais (poluição, chuvas) são mais suscetíveis à reclamação da população do que os que utilizam águas subterrâneas;

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Temperatura

Segundo Sperling (1996), a temperatura possui duas origens quando relacionada com o parâmetro de caracterização de águas. A primeira é a origem natural, que está relacionada à transferência de calor por radiação, condução e convecção entre atmosfera e solo, enquanto a origem antropogênica está relacionada com águas de torres de resfriamento e despejos industriais.

Influência da Temperatura

Velocidade das reações químicas; solubilidade de substânicas; oxigênio dissolvido; metabolismo de microrganismos; subprodutos de desinfecção; taxa de corrõsão em tubulações dos sistemas de abastecimento; recrudescimento microbiológico;

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ÁGUAS

B. Parâmetros químicos

pH

Conforme Sperling (1996), o parâmetro pH (Potencial Hidrogeniônico), representa a concentração de íons hidrogênio (H+) em escala anti-logarítima, dando uma indicação da condição da água.

A medição de pH fornece as seguintes condições: - pH < 7, condições de águas ácidas; - pH = 7, condições de neutralidade das águas; - pH > 7, condições de águas alcalinas (básicas).

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ÁGUAS

B. Parâmetros químicos

pH - (substâncias sólidas e gases)

Interfere em diversos processos e operações unitárias inerentes à potabilização, aplicação de coagulantes (faixas de trabalho) à desinfecção química (cloro, inferior a 8,0), processos corrosivos.

Solubilidade de substâncias, formas livre e ionizada de compostos químicos e no potencial de toxicidade de vários elementos;

Água tratada (6,0 a 9,5);

Geradores de vapor ou redes de distribuição: Corrosão (ácida) ou incrustação (alcalina);

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ÁGUAS

Alcalinidade

Segundo Prodemge (1999), o parâmetro alcalinidade é uma medida dos componentes básicos da água, geralmente bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos no caso de águas naturais.

Fontes de alcalinidade:

A primeira é a natural, que está diretamente ligada com a decomposição da matéria orgânica ou resultante da própria interação da atmosfera com a água, enquanto a fonte antropogênica, está diretamente ligada aos despejos industriais.

As águas superficiais no Brasil – inferiores a 100 mg/L de CaCO3.

Tem função no êxito da coagulação (evita redução brusca de pH após dispersão do coagulante).

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ÁGUAS Alcalinidade

Através da alcalinidade, podem-se interpretar os resultados como: - pH > 9,4, presença de hidróxidos e carbonatos;- pH entre 8,3 e 9,4, presença de carbonatos e bicarbonatos;- pH entre 4,4 e 8,3, presença de bicarbonatos;

De acordo com Sarev & Martinelli (1998), o controle da alcalinidade é importante para se evitar a corrosão do ferro pela água. O controle adequado do pH da água ou da alcalinidade evita incrustações e controla a formação de lama. Uma alcalinidade mais alta provoca formação de espuma e ataca a camada preta protetora de magnetita (Fe3O4), podendo provocar corrosão intergranular.

A alcalinidade pode ser controlada pelo processo de dealcalinização, desmineralização ou evaporação.

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ÁGUAS

Acidez

Conforme Sperling (1996), o parâmetro acidez é a capacidade da água em resistir às mudanças de pH causadas pelas bases. Isso é devido, principalmente, à presença de gás carbônico (CO2) livre (atmosférico ou M. O.)

Os constituintes responsáveis pela acidez são sólidos e gases dissolvidos (CO2 e H2S).

Este parâmetro fornece as seguintes informações: - pH > 8,2, ausência de CO2 livre na água; - pH entre 4,5 e 8,2, acidez carbônica; -pH < 4,5, acidez por ácidos minerais fortes (despejos industriais)

Corrosão ácida;

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ÁGUAS

Dureza (águas brutas e tratadas)

Segundo Drew (1979), a dureza de uma água é proporcional ao conteúdo de sais de cálcio (Ca+2) e magnésio (Mg+2).

Reflete a natureza geológica da bacia hidrográfica (formação calcária);

A água em contato com o solo tem concentração de gás carbônico elevada e com capacidade de dissolução de formações calcáreas (cálcio e magnésio); Em menor proporção (lançamento de despejos industriais - antropogênica);

Conforme Sperling (1996), a dureza é classificada como: dureza carbonatada ou não carbonatada.

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ÁGUAS

Dureza

Expressa em mg/L de equivalente de CaCO3.

Este parâmetro fornece as seguintes informações:

- Dureza < 50 mg/l CaCO3, água mole; - Dureza entre 50 e 150 mg/l CaCO3, água moderada; - Dureza entre 150 e 300 mg/l CaCO3, água dura; - Dureza > 300 mg/l CaCO3, água muito dura.

Limite: 500 mg/L de CaCO3. Mas entre 80 a 100 mg/L é a maior aceitabilidade (sabor).

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ÁGUAS

Dureza

De acordo com Drew (1979), (águas industriais) - águas com dureza elevada causam incrustações nas tubulações de água quente (caldeiras e aquecedores), prejudicando a troca térmica. Podem ocasionar um superaquecimento nos tubos, que levará a ruptura do material ou possivelmente a um ataque corrosivo.

Reduz a formação de espuma (sabões e xampus)

Os sais presentes na água podem ser removidos por abrandamento, desmineralização ou evaporação.

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ÁGUAS

Cloretos

Conforme Sperling (1996), todas as águas naturais, em maiores ou menores escalas, contêm íons resultantes da dissolução de minerais. Os íons cloretos (Cl-) são advindos da dissolução de sais, como por exemplo, do cloreto de sódio (NaCl) - Salinidade.

Intrusão de águas salinas;

Despejos industriais;

De acordo com Drew (1979), os cloretos se não removidos da água por evaporação ou desmineralização, ocasionarão um processo corrosivo no interior da caldeira.

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ÁGUAS

Resistividade e Condutividade

Condutividade elétrica ou condutância específica – Capacidade da água natural em transmitir corrente elétrica em função de substâncias dissolvidas;

Segundo Breda (2001) são dois parâmetros relacionados à concentração de íons presentes na água, ou seja, à concentração de materiais nela dissolvidos, por exemplo, íons cálcio e magnésio (Ca++ e Mg++).

A condutividade é medida em microsiemens/cm (µS/cm) e é mais adequada para água com grande quantidade de íons; a resistividade é medida em megohm.cm (MΩ.cm) e é mais adequada para água com poucos íons dissolvidos.

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ÁGUAS

Condutividade

Vincula-se ao teor de salinidade – mananciais subterrâneos e águas superficiais próximas ao litoral (intrusão água do mar);

Relevante em regiões suscetíveis a elevadas taxas de evaporação e baixa intensidade pluviométrica;

Águas naturais 100 µS/cm; corpos de água receptores 1000 µS/cm (cargas de efluentes domésticos e industriais);

A medição da resistividade ou da condutividade dá apenas uma indicação genérica, não específica, da presença e concentração de espécies químicas ionizadas; ela não consegue indicar a presença, tipo e concentração de espécies químicas não ionizadas, ou mesmo de substâncias ionizadas ao nível de partes por bilhão.

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ÁGUAS

Gás Carbônico

Conforme Santos (1976) apresenta-se dissolvido nas águas brutas, numa concentração variando de 2 a 15 ppm.

Corrosão ácida (ácido carbônico);

Este gás dissolvido em água é altamente corrosivo ao ferro e ligas de cobre que constituem as tubulações, aquecedores, condensadores, rotores de bombas, etc., de sistemas geradores de vapor. O CO2 pode ser removido por degaseificadores e desmineralizadores.

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ÁGUAS

Sulfatos

Segundo Santos (1976), os sulfatos estão presentes na forma de sulfatos de cálcio, sódio e magnésio. Suas concentrações variam grandemente podendo apresentar valores de 5 a 200 ppm.

Causam os mesmos inconvenientes que a dureza na água. Podem ser removidos por abrandamento, desmineralização ou evaporação.

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ÁGUAS Sílica

Para Sarev & Martinelli (1998), a sílica é um constituinte de todas as águas naturais, encontra-se principalmente no estado iônico, podendo-se encontrar também no estado coloidal.

Segundo Mascia (1989), juntamente com a dureza, a sílica ocasiona depósitos duros e de difícil remoção sobre os tubos da caldeira, prejudicando a troca térmica, além de ocasionar processos incrustantes nos superaquecedores e nas turbinas. Para sua remoção aplica-se a desmineralização ou evaporação (concentrar os poluentes – destino adequado).

Desmineralização – Troca iônica Osmose inversa

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ÁGUAS

Ferro

Presente em águas naturais, superficiais e subterrâneas (Fe+3 –insolúvel e Fe+2 - dissolvida);

Ferro (óxidos, silicatos, carbonatos, cloretos, sulfatos);

Conforme Drew (1979), a forma mais comum, em que o ferro solúvel é encontrado nos corpos de água, é como bicarbonato ferroso - Fe(HCO3)2.

Em águas subterrâneas a forma predominante é a dissolvida Fe+2 (baixa concentração de O. D.);

Fe(HCO3)2 - É encontrado nesta forma em águas subterrâneas profundas, limpas e incolores que em contato com o ar se turvam e sedimenta um depósito amarelo-marrom avermelhado

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ÁGUAS

Ferro

Ferro - Complexado a matéria orgânica, não afeta remoção, mas pode formar subprodutos da desinfecção (Cloro).

O ferro provoca o aparecimento de depósitos e crostas de óxido de ferro (Fe2O3) sobre as superfícies dos tubos da caldeira, podendo provocar rupturas e princípio de corrosão.

Portaria 518 – máximo 0,3 mg/L (superior – manchas e sabor);

Pode ser removido por aeração, cloração, abrandamento cal sodada, desmineralização ou evaporação.

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ÁGUAS

Manganês

Segundo Santos (1976), está presente em águas brutas como bicarbonatos, onde sua concentração é normalmente baixa, podendo variar de 0 a 5 ppm. Apresenta-se na forma dissolvida (Mn+2) e insolúvel (Mn+2 e Mn+4);

Máximo 0,1 mg/L (manchas e sabor adstringente);

Seus inconvenientes em superfícies de troca de calor são os mesmos que o ferro (dureza). Pode ser removido por precipitação, durante o abrandamento da água no processo de cal sodada (Cal e soda; barrilha; fosfatos - ppt), por desmineralização ou por evaporação da água.

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ÁGUAS

Exemplo 1.

Um tanque, contendo 15800 litros de água, com dureza inicial de zero ppm CaCO3 recebe 85 g de Mg(NO3)2 , 98,3 g de CaCl2 e 107 g de Na2SO4.

MA: Ca 40; Mg 24; C 12; N: 14; O 16: Na: 23: Cl: 35,5; S: 32.

O valor da dureza da água do tanque será de 9,23 ppm CaCO3.

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ÁGUASExemplo 2. A composição, em ppm, das águas designadas por A, B e C está indicada na Tabela 1.

MA: Ca 40; Mg 24; C 12; N: 14; O 16: Na: 23: Cl: 35,5; S: 32.

1) Calcular a dureza da água de maior dureza.

2) Calcular a dureza da água A.

3) A dureza da água C vale quanto em relação à dureza da água B?

Água Soluto (ppm)

MgCl2 Ca(NO3)2 KCl

A 22 12 135

B 15 30 22

C 7,5 15 110

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ÁGUAS Oxigênio Dissolvido

Conforme Sperling (1996), o OD é de essencial importância para os organismos aeróbios (que vivem na presença de oxigênio). Caso o oxigênio seja totalmente consumido, têm-se as condições anaeróbias (ausência de oxigênio), com geração de maus odores;

Não é um parâmetro de controle usual, pois na escolha de um manancial, esse parâmetro já deveria ter sido considerado;

Fatores limitantes à presença de OD:

Altitude (pressão atmosférica);

Temperatura;

Salinidade;

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ÁGUAS Oxigênio Dissolvido

Redução:

Cursos d’água com velocidade elevada favorecem a retirada do oxigênio para a atmosfera;

Respiração ou degradação da matéria orgânica (organismos – CO2);

Oxidação de íons;

Aumento:

Atividade fotossintética algal e (plantas aquáticas);

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ÁGUAS Oxigênio Dissolvido

As informações obtidas com esse parâmetro são as seguintes:

- Para a manutenção da vida aquática aeróbia são necessários teores mínimos de OD de 2 a 5 mg/L;

- Um mínimo de 4 mg/L de OD para maioria dos peixes e 5 mg/L para trutas e salmões;

- A solubilidade do OD varia com altitude e temperatura. Ao nível do mar, na temperatura de 20 ºC, a concentração de saturação é igual a 9,2 mg/l com relação aos corpos das águas;

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ÁGUAS

Oxigênio Dissolvido

- Valores de OD superiores à saturação são indicativos da presença de algas;

- Valores de OD inferiores a saturação são indicativos da presença de matéria orgânica em decomposição;

- Com OD em torno de 4 a 5 mg/l morrem os peixes mais resistentes; com OD igual a 2 mg/l todos os peixes estão mortos; com OD igual a zero mg/l têm-se condições de anaerobiose.

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ÁGUAS

Matéria Orgânica

Segundo Sperling (1996), os principais componentes orgânicos são componentes de proteínas, carboidratos, gordura e os óleos, além da uréia, surfactantes, fenóis, pesticidas e outros.

A importância na qualidade das águas se dá por três fatores:

- A matéria orgânica é responsável pelo consumo e pelos microrganismos decompositores do oxigênio dissolvido na água;

- A DBO retrata, de uma forma indireta, o teor de matéria orgânica nos esgotos ou no corpo d’água, sendo, portanto, uma indicação do potencial do consumo de oxigênio dissolvido;

- A DBO é um parâmetro de fundamental importância na caracterização do grau de poluição de um corpo d’água.

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ÁGUAS

Matéria Orgânica

a) Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO)

Conforme Valente (1997), é um indicador que determina indiretamente a concentração de matéria orgânica biodegradável (carbono biodegradável) através da demanda de oxigênio exercida por microrganismos através da respiração.

No período de 5 dias a 20°C (DBO5) são consumidos 70% a 80% da matéria orgânica (esgoto doméstico); após 5 dias começa a demanda nitrogenada, em que durante cerca de 20 dias, são consumidos 100% da matéria orgânica.

O esgoto é considerado biodegradável quando a relação DQO/DBO5 é menor que 5.

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ÁGUAS Matéria Orgânica

a) Determinação da Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO)

Assim uma amostra é coletada em duplicata, e em uma das amostras é medido o oxigênio dissolvido após a coleta; o oxigênio da outra amostra é medido após 5 dias, período em que a amostra fica em uma incubadora a uma temperatura de 20°C.

Diluições para efluentes brutos;

Inoculação – Adaptação do microrganismo ao efluente específico;

Incubação – 5 dias

Determinação titulometria (iodométrico) ou potenciometria;

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ÁGUAS Matéria Orgânica

a) Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO)

Vantagens:

a indicação aproximada da fração biodegradável do despejo; a indicação da taxa de degradação do despejo; a indicação da taxa de consumo de oxigênio em função do tempo; a determinação aproximada da quantidade de oxigênio requerido para a

estabilização biológica da matéria orgânica presente.

Desvantagens:

pode-se encontrar baixos valores de DBO5 caso os microrganismos responsáveis pela decomposição não estejam adaptados ao despejo;

os metais pesados e outras substancias tóxicas podem matar ou inibir os microrganismos;

há a necessidade da inibição dos organismos responsáveis pela oxidação da amônia, para evitar que o consumo de oxigênio para a nitrificação (demanda nitrogenada) interfira com a demanda carbonácea;

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ÁGUAS

Matéria Orgânica

b) Demanda Última de Oxigênio (DBOu)

Segundo Sperling (1996), como a estabilização praticamente se completa aos 20 dias de teste, pode-se determinar a DBOu aos 20 dias. Conceitualmente, o teste é similar à DBO5, variando somente o tempo da determinação final do oxigênio dissolvido.

Vários autores adotam, de maneira geral, a relação DBOu/DBO5 (esgotos domésticos) igual a 1,46. Portanto, caso se tenha uma DBO5 de 300 mg/l, a DBOu será igual a 1,46 x 300 = 438 mg/l.

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ÁGUAS

Matéria Orgânica

c) Demanda Química de Oxigênio (DQO)

Para Valente (1997), é um indicador de matéria orgânica baseado na concentração de oxigênio consumido para oxidar a matéria orgânica, biodegradável ou não, em meio ácidos e condições energéticas por ação de um agente químico oxidante forte.

Sua principal vantagem é a rapidez, pouco mais de 2 horas.

A DQO ocorre em condições mais energéticas, temperaturas acima de 150°C e meio muito ácido.

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ÁGUAS

Matéria Orgânica

c) Demanda Química de Oxigênio (DQO)

Condições mais energéticas de oxidação, algumas espécies inorgânicas, tais como nitritos, compostos reduzidos de enxofre e substâncias orgânicas (hidrocarbonetos aromáticos, compostos alifáticos de cadeia aberta e piridinas) são oxidadas;

DQO tem valores superiores ao da DBO;

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ÁGUAS

Matéria Orgânica

c) Demanda Química de Oxigênio (DQO)

Vantagens:

De acordo com Sperling (1996), as principais vantagens do teste da DQO são:

o teste gasta apenas de 2 a 3 horas para ser realizado; o resultado do teste dá uma indicação do oxigênio requerido

para estabilização da matéria orgânica; o teste não é afetado pela nitrificação, dando uma indicação

da oxidação apenas da matéria orgânica carbonácea (e não da nitrogenada).

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ÁGUAS

Matéria Orgânica

c) Demanda Química de Oxigênio (DQO)

O teste da DQO possui algumas limitações, como:

• no teste da DQO são oxigenadas, tanto as frações biodegradáveis, quanto a fração inerte dos despejos. O teste superestima, portanto, o oxigênio a ser consumido no tratamento biológico dos despejos;

• o teste não fornece informações sobre a taxa de consumo da matéria orgânica ao longo do tempo;

• certos constituintes inorgânicos podem ser oxidados e interferir no resultado.

Page 71: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

Matéria Orgânica

c) Demanda Química de Oxigênio (DQO)

Conforme Braile & Cavalcanti apud Sperling (1996), para esgotos domésticos brutos, a relação DQO/DBO5 varia em torno de 1,7 a 2,4, no entanto, para esgotos industriais, essa relação pode variar amplamente. Assim, para a relação DQO/DBO5 baixa (a fração biodegradável é elevada) e para a relação DQO/DBO5 elevada (a fração inerte, isto é, não biodegradável, é elevada).

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ÁGUAS

Matéria Orgânica

d) Carbono Orgânico Total (COT)

Segundo Tchobanoglous & Schroeder apud Sperling (1996), o carbono orgânico é medido diretamente, e não indiretamente.

Conforme Eckenfelder apud Sperling (1996), o teste do COT mede todo o carbono liberado na forma de CO2.

Remoção de CO2, HCO3- e CO3-2 para não interferirem na

medida;

Page 73: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS Matéria Orgânica

d) Carbono Orgânico Total (COT)

Em rios, lagos e reservatórios da Região Amazônica – 8,7 mg/L a 16,2 mg/L (Libânio, 2010).

Page 74: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS Matéria Orgânica

d) Carbono Orgânico Total (COT) x THM

Águas sintéticas (pesquisa)

Para o teor de COT superior a 3 mg/L, resultou em concentrações de THM superiores ao limites permissíveis no Brasil (100 μg/L) (Libânio, 2010).

Page 75: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

Nitrogênio

O nitrogênio faz parte dos nutrientes essenciais ao crescimento de algas, cianobactérias e plantas aquáticas.

Para Sperling (1996), no meio aquático, o nitrogênio pode ser encontrado nas seguintes formas: - Nitrogênio Molecular (N2);- Nitrogênio Orgânico (dissolvido e em suspensão);- Amônia (livre – NH3 e ionizada – NH4

+);- Nitritos (NO2

-);- Nitratos (NO3

-).

- Facilmente assimilável nas formas amônio e nitrato. Mas algumas espécies de algas e cianobactérias tem floração com a fixação do nitrogênio atmosférico – conversão a nitrato (Libânio, 2010).

Page 76: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

Nitrogênio

Conforme Weibull (2001), os constituintes responsáveis pela presença do nitrogênio são os sólidos em suspensão e sólidos dissolvidos, sendo que, as diversas formas de nitrogênio podem ser:

Natural : decomposição e excreção do fitoplâncton, proteínas, clorofila e outros compostos biológicos, nitrogênio atmosférico.

Antrópica: despejos domésticos e industriais, excrementos de animais e fertilizantes (NO3

-). Nos esgotos domésticos frescos, predominam o nitrogênio em forma de amônia (60 %) e o orgânico (40 %).

Page 77: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS Nitrogênio

Ciclo do nitrogênio (bactérias)

Nitrificação: oxidação do gás amônia NH3 a (NO2-) e (NO3

-);

Desnitrificação: redução (NO3-) a (N2).

Indicativos da poluição

- Nitritos (NO2-); Nitratos (NO3

-) – poluição remota.

- Amoniacal (livre – NH3) processo de amonificação (transformação do nitrogênio orgânico em nitrogênio amoniacal) e pela hidrolise de uréia, substância componente da urina, através da ação de enzimas e Nitrogênio Orgânico (devido à presença de proteínas, na matéria fecal, em microrganismos e como resíduo de plantas e animais em decomposição) – poluição recente.

Page 78: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS Nitrogênio

Conforme Sperling (1996), essas formas são conjuntamente, determinadas em laboratório pelo método Kjeldahl, constituindo assim o chamado Nitrogênio Total Kjeldahl (NTK). Assim temos:

NTK = amônia + nitrogênio orgânico (forma predominante nos esgotos domésticos);

NT = NTK + NO2- + NO3

- (nitrogênio total).

Para esgotos sanitários, a concentração de nitrogênio total Kjeldahl (NTK) no efluente é da ordem de 40 a 60 mg N/L e dessa concentração total, aproximadamente 75% é nitrogênio amoniacal e 25% é nitrogênio orgânico (HAANDEL & MARAIS, 1999 apud GASPAR, 2003).

Page 79: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS Nitrogênio e o pH do esgoto:

NH3 + H+ ↔ NH4+

De acordo com Sperling (1996), a amônia, pode-se apresentar das seguintes formas:

valores de pH < 8, a amônia se apresenta praticamente na forma de NH4+;

valores de pH = 9,5, aproximadamente 50% NH3 e 50% NH4+;

valores de pH > 11, praticamente toda a amônia na forma de NH3.

O efeito nocivo do gás amônia e odor - Portaria 518 limita em 1,5 mg/L a concentração máxima para água de consumo. Nitrato (10 mg/L) e Nitrito (1,0 mg/L).

Page 80: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

Fósforo

Conforme Sperling (1996), o fósforo é encontrado na água geralmente nas formas de ortofosfatos, polifosfatos e fósforo orgânico.

Assim como o nitrogênio, o fósforo é importante para o desenvolvimento de algas e plantas no meio aquático.

Fosfatos na forma orgânica – complexados à matéria orgânica;

Fosfatos na forma inorgânica – lixiviação das rochas;

Ortofosfatos e polifosfatos resultam também dos despejos domésticos e industriais.

Page 81: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

Fósforo

Os seguintes valores de fósforo total podem se utilizados como indicativos aproximados de estado de eutrofização de lagos: - P < 0,01 - 0,02 mg/l (não eutrófico);- P entre 0,02 - 0,05 mg/l (estágio intermediário);- P > 0,05 mg/l (eutrófico).

Page 82: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

Óleos e Graxas

Para CETESB (2005), os óleos e graxas são substâncias orgânicas de origem mineral, vegetal ou animal. Estas substâncias geralmente são hidrocarbonetos, gorduras, ésteres, ácidos graxos, sabões, graxas, óleos vegetais e minerais, ceras, etc.

Segundo Almeida (2004), são substâncias que, em contato com a água, criam uma película bloqueadora à penetração da luz solar, impedindo as trocas gasosas nos corpos d'água, matando por asfixia os animais aquáticos e os pássaros que fazem das águas parte de seu habitat.

Page 83: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

Óleos e Graxas

Conforme Jordão (1995), estas substâncias também são denominadas sólidos flutuantes ou de escuma, ou ainda, simplesmente de gorduras. São extraídas em laboratório por meio de éter de petróleo, hexano ou triclorotrifluoretano.

De acordo com Almeida (2004), os despejos de origem industrial são os que mais contribuem para o aumento de matérias graxas nos corpos d'água, sendo que, as principais fontes poluidoras são as refinarias de petróleo, as unidades fabris dos pólos petroquímicos, as siderúrgicas, os frigoríficos, etc.

Page 84: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS Óleos e Graxas

Problemas que podem causar nas unidades de tratamento de esgoto. Remoção tem as seguintes finalidades:

evitar obstruções dos coletores;

evitar aderência nas peças especiais da rede coletora de esgotos;

evitar o acúmulo nas unidades de tratamento, provocando odores desagradáveis e perturbações no funcionamento dos dispositivos de tratamento

evitar aspectos desagradáveis nos corpos receptores.podem ser

Removidos utilizando-se a caixa de gordura, que é obrigatória em abatedouros, laticínios, indústrias de óleos e outras ou flotação.

Page 85: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

Sólidos

Os sólidos são responsáveis pelo aparecimento da cor e turbidez nas águas. É a indicação da presença de sólidos em suspensão e sólidos dissolvidos nas águas.

Sólidos de origem orgânica (M.O) denominados Sólidos Voláteis (SV);

Sólidos de origem mineral (inorgânicos) denominados Sólidos Fixos (SF);

A soma de SF e SV representa os Sólidos Totais (ST).

Page 86: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

Sólidos

Para Medri (1997), os sólidos são responsáveis pelo aparecimento da cor e turbidez nas águas.

Page 87: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

Micropoluentes Inorgânicos

De acordo com Sperling (1996), uma grande parte dos micropoluentes inorgânicos é tóxica. Entre estes, temos os metais pesados que se dissolvem na água - arsênico (As), cádmio (Cd), cromo (Cr), cobre (Cu), mercúrio (Hg), níquel (Ni), chumbo (Pb) e zinco (Zn).

Todos passíveis de causar algum dano à saúde humana. Com potenciais carcinogênicos e mutagênicos; E cumulativos no organismo;

Outras características importantes das água naturais que podem favorecer a toxicidade: turbidez, temperatura, oxigênio dissolvido, e o ânion associado;

Page 88: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

Micropoluentes Inorgânicos

Metais pesados:

São encontrados na forma dissolvida resultantes do lançamento de efluentes industriais (líquidos e gasosos), de fertilizantes e da lixiviação de áreas de garimpo e mineração (não conferem sabor ou odor à água de consumo;

Quando a origem é a natural (rochas), podem ser complexados a matéria orgânica, sendo sedimentado nas águas superficiais;

Page 89: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS Micropoluentes Inorgânicos

Metais pesados – Eventos de intoxicaxão:

Local: na Baía de Minamata no Japão;

Data: na década de 1950;

Origem: Despejos de uma indústria eram lançados no mar com progressivo aumento de mercúrio na forma orgânica (metilmercúrio);

Consequências: morte de peixes, muitas pessoas e danos no sistema nervoso central de outras;

Page 90: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

Micropoluentes inorgânicos – metais (Portaria 518 MS)

Page 91: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

Micropoluentes Orgânicos

Segundo Sperling (1996), são materiais orgânicos resistentes à degradação biológica (pelos microorganismos), os quais, não são integrados aos ciclos biogeoquímicos.

São destacados pelos defensivos agrícolas, detergentes de estrutura molecular fechada e por grande número de produtos químicos.

Page 92: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

Micropoluentes Orgânicos

Composto orgânicos sintéticos resultantes do lançamento de efluentes industriais. Lixiviação de solos agriculturáveis e de vias urbanas e percolação de solos contaminados;

Podem conter halogênios (flúor e cloro);

A quase totalidade causa efeitos adversos à saúde humana;

Page 93: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

Micropoluentes orgânicos (Portaria 518 MS)

Page 94: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS Micropoluentes Orgânicos

Agrotóxicos

Inicialmente foram aproveitados no combate de mosquitos e outros insetos transmissores de doenças como a malária e de Chagas. Organoclorados (DDT - dicloro-difenil-tricloroetano) e (BHC – hexaclorobenzeno);

Compostos com estabilidade química, persistência a biodegrabilidade e biossolúveis em tecidos lipídicos;

A presença em águas de abastecimento eleva os riscos de câncer, danos ao fígado e sistema nervoso, cardíaco, endócrino e reprodutor (Libânio, 2010).

Page 95: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

Micropoluentes Agrotóxicos (Portaria 518 MS)

Remoção – Adsorção com carvão ativado;

Page 96: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

C. Parâmetros biológicos

De acordo com Breda (2001), a água de superfície contém grande variedade de microrganismos (agentes patogênicos), incluindo bactérias, protozoários, vírus, algas e outros.

Bactérias:

Possibilidade em transmitir doenças (contato ou ingestão);

Transformação da M.O (nitrogênio - nitratos);

O grupo coliforme de bactérias se divide como indicador de contaminação fecal, da seguinte forma: coliformes totais (CT), coliformes fecais (CF) e estreptococos fecais (EF).

Page 97: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

C. Parâmetros biológicos

Segundo Weibull (2001), a contaminação fecal é geralmente medida em número mais provável de coliformes por cem mililitros de água amostrada (NMP/100 ml).

Ou por UFC/100 mL (Unidades Formadoras de colônias por 100 mL)

Conforme Jordão (1995), o esgoto bruto contém cerca de 109 a 1010 NMP/100 ml de CT e de 108 a 109 NMP/100 ml de CF.

A relação entre coliformes fecais e estreptococos fecais (CF/EF) é um bom indicador sobre a origem da contaminação (humana ou de outros animais de sangue quente).

Page 98: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

1.3.1 Utilização dos parâmetros

Page 99: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

1.3.2 Requisitos e Padrões de qualidade da água

a) Requisitos de qualidade

Page 100: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

b) Padrões de qualidade

Segundo Sperling (1996), em termos práticos, há três tipos de padrões de interesse direto dentro da Engenharia Ambiental no que tange à qualidade da água:

- Padrões de lançamento no corpo receptor;- Padrões de qualidade do corpo receptor;- Padrões de qualidade para determinado uso imediato

(exemplo: padrões de potabilidade).

Page 101: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

Padrões de lançamento no corpo receptor

Conforme Sperling (1996), a resolução CONAMA nº357 de 17/03/2005 dividiu às águas do território nacional em águas doces (salinidade menor que 0,5%), salobras (entre 0,5% a 30%) e salinas (salinidade maior que 30%). Em função dos usos da água previstos, foram criadas nove classes.

Page 102: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

Padrões de potabilidade os padrões de potabilidade foram Definidos na Portaria nº 518 de 25/03/2004, do Ministério da Saúde.

Page 103: Tratamento de Águas Industriais 2014

Padrões de Águas Para Máquinas de Geração de Vapor

ÁGUAS

Page 104: Tratamento de Águas Industriais 2014

• É uma unidade de concentração que representa a relaçãoentre a massa de soluto dissolvida num determinadoSolvente em partes por milhão.

• 1 ppm = 1 g / 1.000.000 g

• Para o caso da água (d = 1,0) podemos considerar que:1 ppm = 1g / 1.000.000 ml ou 1,0 g/m3

• Ainda, dividindo a unidade acima por 1.000 temos que:1 ppm = 1,0 g/m3 = 1,0 mg/l

O que é ppm?

Page 105: Tratamento de Águas Industriais 2014

2 fontes de água para a aplicação industrial:

– água de superfície– água de profundidade

• Ambas contém impurezas que devem serremovidas para evitar problemas operacionais;

• Processos de separação Sólido-Líquido

Page 106: Tratamento de Águas Industriais 2014

Por que a água não é perfeita para ser usada?

ÁGUAS DE SUPERFÍCIE (Rios e Lagos)* Baixa quantidade de sólidos dissolvidos* Elevada quantidade de sólidos suspensos• Sua qualidade muda rapidamente com as estações do ano e com variações no tempo

ÁGUAS PROFUNDAS (Poços)* Elevada quantidade de sólidos dissolvidos* Baixa quantidade de sólidos suspensos* Elevados teores de ferro e manganês* Baixo teor de oxigênio. Pode conter gás sulfídrico* Relativamente constante em sua qualidade e temperatura

Page 107: Tratamento de Águas Industriais 2014

PROPRIEDADES QUÍMICAS DA ÁGUA:

Existem algumas importantes características físicas e químicas da água que tem um grande impacto na maneira com a qual ela se comporta em sua planta.

Estes parâmetros são:

1. CONDUTIVIDADE

2. DUREZA

3. ALCALINIDADE

4. pH

5. TURBIDEZ

6. COR

7. ÂNIONS E CÁTIONS

Page 108: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

1.4 Tratamentos primários para águas

Conforme Sperling (1996), tratamentos primários são todos os processos físico-químicos a que é submetida à água, para modificar seus parâmetros de qualidade, tornando-a com características que atendam as especificações e padrões solicitados por legislações específicas.

1.4.1 Processos externos de tratamento de água

De acordo com Drew (1979), o tratamento externo é definido como “processos utilizados para alterar a qualidade da água antes do ponto de utilização”.

Page 109: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

Clarificação

Para Mascia (1989) é um processo usado para corrigir os parâmetros cor e turbidez de águas superficiais, removendo sólidos em suspensão, sólidos finos que se apresentam como turbidez e cor e outros materiais coloidais.

O processo engloba três passos importantes:

- Coagulação; - Floculação; - Sedimentação ou decantação.

Page 110: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS Clarificação

Coagulação:

Para entender os mecanismos de coagulação, é importante saber que as partículas suspensas e coloidais dispersas na água tem carga predominantemente negativa;

Os íons de carga positiva tendem a se aproximar das superfícies negativas (forças atrativas). Formação uma camada de íons positivos e negativos denominada camada compacta ou camada de Stern;

Forças difusivas arrastando íons (principalmente os positivos) na direção das menores concentrações iônicas (Camada difusa)

Estabilização e repulsão entre partículas (evita formação de flocos).

Page 111: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS Clarificação

Coagulação:

Ao redor da partícula, a concentração de íons vai se tornando decrescente e alguns potenciais elétricos podem ser observados:

Potencial de Nerst: Potencial máximo da superfície do colóide;

Potencial de Stern: Entre as camadas aderida e difusa;

Potencial Zeta: Consiste na diferença de potencial entre a superfície da camada compacta e o limite da camada difusa, ou seja, a energia eletrostática (em Volts) a ser aplicada para deslocar um íon da camada difusa à superfície da compacta.

Page 112: Tratamento de Águas Industriais 2014

Mecanismos de coagulação

Page 113: Tratamento de Águas Industriais 2014

CLARIFICAÇÃO: Coagulação

Uma desestabilização permitirá a aproximação das

partículas vencendo a barreira de energia decorrente dos

potenciais elétricos

A desestabilização dos colóides é realizada por diferentes

compostos químicos chamados Agentes Coagulantes;

A desastabilização é mais facilmente atingida com a

dispersão de íons de carga positiva trivalente como ferro

ou alumínio (polímeros inorgânicos no sistema);

Page 114: Tratamento de Águas Industriais 2014
Page 115: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS Clarificação

Fatores que influenciam na Coagulação:

o pH: Um dos fatores mais importantes. Cada um dos sais inorgânicos tem uma faixa de pH ideal;

o Temperatura da água: Com temperaturas próximas a de congelamento há dificuldade de dispersão do coagulante;

o Efeitos da Agitação: Agitação insuficiente ou inadequada causa uma dispersão desigual do coagulante. Resulta no uso de maiores doses de coagulante;

o Efeitos da dosagem do coagulante: Fator crítico e para controle utilizam-se bombas dosadoras;

Page 116: Tratamento de Águas Industriais 2014

Coagulação

A dosagem de coagulante necessária para desestabilização da carga depende da área superficial do colóide, ou seja, duas águas com o mesmo valor de turbidez se podem se desestabilizar com dosagens diferentes de coagulante.

Page 117: Tratamento de Águas Industriais 2014

PRINCIPAIS COAGULANTES USADOS NA CLARIFICAÇÃO DA ÁGUAS

Para neutralizar as cargas superficiais negativas dos colóides, é necessário a substituição de cátions monovalentes da estrutura externa por cátions polivalentes.

Exemplo:

Composto Fórmula Faixa Ideal de pH

Sulfato de Alumínio Al2(SO4)3.18H2O 5,5 à 5,8

Sulfato Ferroso FeSO4.7H2O 7,5 à 8,0

Cloreto Férrico FeCl3 4,0 à 5,0

Sulfato Férrico Fe2(SO4)3 4,5 à 5,5

Page 118: Tratamento de Águas Industriais 2014

COAGULAÇÃO

Mistura rápida é necessária para distribuir uniformemente o coagulante na água (homogeinização) e para evitar que as partículas voltem a se estabilizar.

Mistura pode ser obtida por:

Hélices instaladas caixas onde o coagulante é adicionado

Pela introdução do coagulante em algum ponto turbulento

Por “static mixers” em linha

Pelo uso de câmaras com chicanas ou canais ou quedas

hidráulicas

Page 119: Tratamento de Águas Industriais 2014

FLOCULAÇÃO • Os flocos formados durante a coagulação não são “grandes” o

bastante, sendo necessária sua união para formar aglomerados

maiores.

Auxiliares de floculação podem ser adicionados imediatamente

após a coagulação (elétrólitos, tensoativos, polímeros de cadeia

longa com pontos ativos para fixação de partículas sólidas);

Page 120: Tratamento de Águas Industriais 2014

FLOCULAÇÃO

Mistura moderada é necessária para aproximar as pequenas partículas e permitir que elas cresçam em tamanho, sedimentando mais rapidamente.

• Pás mecânicas ou misturadores são geralmente utilizados, uma vez que podem variar a velocidade para adequá-la com a vazão de água ou característica do floco.

• Bacias com defletores para alterar a direção do fluxo também podem ser usados.

A floculação já se inicia no mesmo tanque de coagulação, desenvolvendo-se nos tanques floculadores, e prosseguindo durante o processo de decantação.

Page 121: Tratamento de Águas Industriais 2014

FLOCULAÇÃO

A coalescência ou agregação das partículas vai depender da eficácia das colisões entre as partículas que permite a ligação entre as mesmas. Os mecanismos para aumentar a eficiência das colisões são:

Contato por movimento térmico ou movimento Browniano;

Contato por movimento do volume do fluido, ou agitação;

Contato resultante da sedimentação diferencial;

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COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO

Fatores que afetam a coagulação e a floculação:

- Tipo dos químicos usados

- Energia de agitação

- Tempo de mistura

- Quantidade de sólidos

- Temperatura

- Gradiente de velocidade

- pH

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QUÍMICOS UTILIZADOS EM TRATAMENTO DE ÁGUA BRUTA

• Sulfato de alumínio

• Sulfato férrico

• Policloreto de alumínio (PAC)

• Polímeros orgânicos

• Mistura de polímeros orgânicos e inorgânicos

A determinação do melhor tipo de coagulante a ser utilizado,

bem como sua concentração ótima em função das

características de sedimentabilidade dos flocos formados

podem ser avaliados em laboratório fazendo-se os testes

de jarro (Jar test).

Page 124: Tratamento de Águas Industriais 2014

SULFATO DE ALUMÍNIO

• Atua como coagulante e floculante

• Quando misturado na água, forma espécies com carga positiva

• O ácido formado reage com a alcalinidade da água, reduzindo o pH

A adição de cal, barrilha.

• A faixa ótima de pH é 5,5 – 7,5

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DECANTAÇÃO

É a precipitação quase em repouso dos flocos provenientes da etapa de Floculação.

Depende diretamente da “Lei de Stokes”.

V = [ds - dl] . D2 . g / μ , onde

V - Velocidade de Decantação;

ds - Densidade da partícula;

dl - Densidade da água;

D - Diâmetro do Floco;

g - Aceleração da gravidade

μ - Viscosidade da água

Page 126: Tratamento de Águas Industriais 2014

DECANTAÇÃO

• É o processo onde as partículas coaguladas e floculadas irão separar da água.

• Geralmente este processo ocorre com as partículas saindo pela região inferior e a água pela parte superior.

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CLARIFICAÇÃO DA ÁGUADecantador retangular de escoamento horizontal

Page 128: Tratamento de Águas Industriais 2014

CLARIFICAÇÃO DA ÁGUA

Decantador circular de escoamento horizontal

Fonte: http://www.revistatae.com.br/noticiaInt.asp?id=6101

Page 129: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

Pré-decantação

Segundo Drew (1979), este processo também é chamado de sedimentação simples, sendo aplicado em águas que possuem sólidos em suspensão em condições de decantar normalmente sem auxílio do processo de floculação.

É empregada para separar partículas suspensas de grande tamanho, acima de 10 mícron.

Pode ser executado em tanques de concreto providos de equipamentos para retirada do material depositado ou em bacias naturais ou artificiais de grande capacidade volumétrica.

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ÁGUAS

Filtração

Segundo Drew (1979), é a passagem de água através de um meio poroso para remover matéria suspensa. O tipo de matéria suspensa a ser removida depende da água, que pode ser bruta ou tratada.

Os filtros comumente encontrados em tratamento de água industrial são:

- Filtro de areia duplo-fluxo; - Filtro de carvão ativado.

Filtros eficientes devem produzir água com turbidez < 2 mg/l.

Page 131: Tratamento de Águas Industriais 2014

FILTRAÇÃO Processo de polimento associado à clarificação de um meio

líquido.

• O filtro contém um leito de material poroso;

• Os sólidos suspensos são retidos;

• Através da contra lavagem são eliminados lama e fragmentos diversos;

Fonte: http://www.comusa.com.br/index.php/saneamento/tratamentoagua

Page 132: Tratamento de Águas Industriais 2014

FILTRAÇÃO

Page 133: Tratamento de Águas Industriais 2014

FILTRAÇÃO

Page 134: Tratamento de Águas Industriais 2014

FILTRO DE GRAVIDADE

Page 135: Tratamento de Águas Industriais 2014

FILTRO DE PRESSÃO

Page 136: Tratamento de Águas Industriais 2014

FILTRAÇÃO

Fatores importantes para medir e monitorar:

• Tamanho do meio filtrante

• Turbidez do afluente

• Taxa de filtração

• Profundidade do leito

• Perda de carga admitida

• Capacidade para contralavar o meio com eficiência

Page 137: Tratamento de Águas Industriais 2014

FILTRAÇÃO COM CARVÃO ATIVADO

Empregada fundamentalmente para a remoção de:

• Cloro

• Materiais orgânicos solúveis

Page 138: Tratamento de Águas Industriais 2014
Page 139: Tratamento de Águas Industriais 2014

Desinfecção

Constitui-se praticamente na última etapa do tratamento relacionada com o objetivo de produzir água de consumo isenta da presença de microrganismos patogênicos (bactérias, vírus) e indicadores, cuja inativação realiza-se por intermédio de agentes físicos e/ou químicos. A desinfecção sucede as fases de clarificação e filtração.

Ocorre o ataque do reagente à uma enzima (oxidação) vital ao metabolismo da célula.

Desinfetantes:

Nas condições requeridas, não devem ser tóxicos ao homem ou animais, nem causar sabor desagradável ou torná-la indesejável.

ÁGUAS

Page 140: Tratamento de Águas Industriais 2014

Fatores intereferente na eficiência da Desinfecção

A turbidez pode promover o efeito-escudo sobre os microrganisimos, protegendo-os;

A presença de Matéria Orgânica associada a cor verdadeira também pode proteger os microrganismos;

Compostos inorgânicos como Ferro e Manganês reagem com o desinfetante;

A temperatura (solubilidade) e pH (compostos de cloro inferior a 8,0);

ÁGUAS

Page 141: Tratamento de Águas Industriais 2014

Cloração

Conforme Drew (1979), denomina-se de cloração a operação de injeção de um composto químico clorado, altamente oxidante, na água. A finalidade desta operação é oxidar os materiais oxidáveis.

Compostos com cloro se disseminaram como produtos para desinfecção pela eficiência na inativação de microrganismos, não toxicidade ao homem, custo razoável, alta solubilidade em água.

ÁGUAS

Page 142: Tratamento de Águas Industriais 2014

CLARIFICAÇÃO DA ÁGUA

Page 143: Tratamento de Águas Industriais 2014

PADRÃO PARA ACEITAÇÃO PARA CONSUMO HUMANO

A portaria n° 518, de 26 de março de 2004, do

MINISTÉRIO DA SAÚDE, estabelece os procedimentos e

responsabilidades relativos ao controle e vigilância da

qualidade da água para consumo humano e seu padrão de

potabilidade.

VMP = valor máximo permitido

uT = unidade de Turbidez

Page 144: Tratamento de Águas Industriais 2014
Page 145: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

Troca Iônica

O processo substitui ou troca íons menos desejáveis por íons mais desejáveis. É feito através de colunas com determinados tipos de resinas, compostas por íons cátions ou ânions desejáveis na água.

Desmineralização

Page 146: Tratamento de Águas Industriais 2014

Mesmo após sua clarificação a água ainda contém

“impurezas” (íons);

A troca iônica “remove” os íons indesejáveis;

O processo é reversível;

Apenas íons dissolvidos participam do processo de

trocas iônicas;

Page 147: Tratamento de Águas Industriais 2014

Na área de tratamento de água industrial, as resinas são muito

utilizadas em tratamento primário de água de alimentação de

caldeiras, em processos de abrandamento ou desmineralização.

Operação segura e efetiva

Geração de vapor

(caldeiras)

Remoção de impurezas da

água bruta

Corrosão e incrustração - Ca, Mg, Sílica, etc

Condições operacionais e

estrutura

Desmineração eficiente

Tratamento de água para geração de vapor

Quanto maior a pressão de operação,

maior é exigência

Page 148: Tratamento de Águas Industriais 2014

DESMINERALIZAÇÃO Emprega resinas catiônicas e aniônicas

Eliminar os sólidos dissolvidos

Reduzir o uso de produtos químicos

Page 149: Tratamento de Águas Industriais 2014

PROCESSO DE REMOÇÃO DE SAIS DISSOLVIDOS

Os cátions são substituídos por íons hidrogênio (H+);

Os ânions são subtituídos por íons de hidróxido (OH-);

Cátions – ions com carga + (Ex: Na, Ca, Mg, Fe etc);

Ânions – íons com carga – (Ex: CO3-2, SO3

-2,Cl-, SO4-2 )

RESULTADO: H+ + OH- H2O

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RESINAS DE TROCA IÔNICA

Como resinas sintéticas, são utilizados Copolímeros de estireno e Di-vinil-Benzeno (D.V.B) na forma de esferas com diâmetro entre 0,3 e 1,2 mm.

Os grupos funcionais associados à base do copolímero define sua característica de troca

Grupo Sulfônico Catiônico

Grupo Amínico Aniônica

Os íons de troca atribuem sua função específica:

Na Abrandamento

Cl Desalcalinização

H e OH Desmineralização

Page 151: Tratamento de Águas Industriais 2014

RESINAS DE TROCA IÔNICAClassificação

Resina catiônica forte

Resina catiônica fraca (Quando o cátion está ligado a ânion fraco como o bicarbonato e não a ânion forte como sulfato, nitrato)

Page 152: Tratamento de Águas Industriais 2014

RESINAS DE TROCA IÔNICAClassificação

Resina aniônica forte (Remove ânions fracos e fortes)

Resina aniônica fraca (Remove só ânions fortes, não removendo os fracos como bicarbonatos)

Page 153: Tratamento de Águas Industriais 2014

DESMINERALIZADOR

Page 154: Tratamento de Águas Industriais 2014

TROCAS IÔNICAS

FAZEM TROCAS NÃO FAZEM TROCAS

Cátions (+) Gases Dissolvidos

Ânions (-) Microrganismos

Orgânicos (+/-) Óleo

Polímeros (+/-) Açúcar

Page 155: Tratamento de Águas Industriais 2014

TROCAS IÔNICAS

Page 156: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

Desmineralização

Para Mascia (1989), também chamado de deionização, esse processo consiste na remoção de todos os íons presentes na água, através da adsorção das impurezas pelas resinas de troca iônica.

Page 157: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUASDesaeração mecânica

Conforme Sarev & Martinelli Júnior (1998), este processo tem como objetivo a retirada de gases (O2, CO2, NH3, H2S, etc.) dissolvidos na água.

O desareador mecânico trabalha a altas temperaturas para remoção de gases

dissolvidos, evitando processos corrosivos em caldeiras.

Após desareação mecânica são adicionados compostos

químicos (Sulfito de sódio, hidrazina) que funcionam como sequestrantes de oxigênio,

desareação química;

Page 158: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS Remoção de ferro (desferrização)

Presença indesejável nas indústrias leiteira

(sabor), têxtil e celulose (manchas);

De acordo com Mazza (2003), consiste em oxidar o Fe2+ solúvel na água em Fe3+ insolúvel, com a introdução de oxigênio e auxiliar químico oxidante, como por exemplo, hipoclorito de sódio. Assim o Fe3+ é separado da água precipitando no tanque de contato ou retido no filtro de areia de duplo-fluxo.

Fe2+ + O2 + ClO- Fe3+

O equipamento para propiciar a oxidação do Fe é a torre de arejamento, sendo o mais indicado para compostos ferrosos ou manganosos.

Page 159: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

Abrandamento com cal (CaO) (ppt CaCO3)

Sua maior finalidade é acelerar a clarificação da água.

Outra finalidade do tratamento abrandamento com cal, é a eliminação do gás carbônico existente na água, responsável pela acidez e consequentemente, pela corrosão de tubulações e das máquinas.

A adição da cal (hidróxido de cálcio) pode também remover a alcalinidade magnesiana, pela formação do hidróxido de magnésio e carbonato de cálcio.

Para diminuir a dureza de águas não carbonatadas, é usado o tratamento através de CaO e barrilha (Na2CO3).

Page 160: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

Abrandamento com cal a quente

É feito em temperaturas acima de 100ºC, sendo um processo reservado basicamente para águas de reposição de geradores de vapor.

O processo do abrandamento com a cal a quente é mais rápido e eficaz do que o abrandamento com a cal a frio, pois quanto maior a temperatura da reação maior é sua velocidade. Apesar disso, causa grandes impactos ambientais.

Page 161: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

Redução da alcalinidade da água

A redução da alcalinidade é feita através de dois processos:

- Pela adição de hidróxido de cálcio (cal)

Exemplo: Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O Água alcalina cal precipitado

- Através da adição de ácidos

Exemplo: Ca(HCO3)2 + H2SO4 CaSO4 + 2H2O + CO2 Água alcalina ácido precipitado

Page 162: Tratamento de Águas Industriais 2014

OSMOSE REVERSA

Page 163: Tratamento de Águas Industriais 2014

COMO FUNCIONA

Page 164: Tratamento de Águas Industriais 2014

VISÃO GERAL DO SISTEMA

Page 165: Tratamento de Águas Industriais 2014

COMO FUNCIONA

Uma OR é diferente de um filtro tradicionals no modo como ela separa partículas da Alimentação. Um filtro opera por filtração DEAD END, uma OR opera por filtação por Fluxo Cruzado.

Estas diferenças são caracterizadas por: Pelo n° de correntes de fluxo; Pela direção do fluxo; Por como as partículas são separadas; Pela operação.

Page 166: Tratamento de Águas Industriais 2014

COMO FUNCIONA

Page 167: Tratamento de Águas Industriais 2014

COMO FUNCIONA

Page 168: Tratamento de Águas Industriais 2014

COMO FUNCIONA

O QUE É PERMEADO E RECUPERAÇÃO DE OR? Permeado é água recuperada como produto.

A Recuperação é um cálculo da porcentagem da Alimentação como produto.

Recuperação maior = menos efluente = economia de custo.

Relação inversa entre Recuperação e qualidade de água.

Page 169: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

1.5 Tratamento químico interno

Segundo Sulfanil (2004), qualquer tipo de água de alimentação sempre necessita de um tratamento da água da caldeira para eliminar as impurezas presentes;

Para Sarev & Martinelli (1998), o tipo de tratamento a ser adotado depende das características da água que vai ser injetada na caldeira, da sua pressão de trabalho, da taxa de vaporização e do modo de utilização do vapor;

O tratamento químico interno de água das caldeiras e também as operações de tratamento preliminar visam os seguintes objetivos:

• Evitar a formação de incrustações (poluidoras básicas)• Evitar os processos corrosivos (poluidores ácidos)• Eliminar as ocorrências de arrastes de água

Page 170: Tratamento de Águas Industriais 2014

1.5.1 Controle de precisão

Conforme Mascia (1989) pode-se adotar esse tratamento em caldeiras de média e alta pressão;

Quando água de alimentação já passou por um abrandamento, ou quando a água de compensação for desmineralizada ou destilada; Água de alimentação de boa qualidade;

O composto utilizado neste tratamento é o fosfato trissódico (ppt sais Ca e Mg);

Não é aconselhável a utilização da soda cáustica, a não ser em casos extremos onde se necessita de um valor alto de pH, sendo que, poderá ocorrer problema sério de corrosão por soda cáustica.

ÁGUAS

Page 171: Tratamento de Águas Industriais 2014

1.5.1 Controle de precisão

ÁGUAS

Page 172: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

1.5.2 Controle de coordenação pH-PO4

Tem como objetivo manter alcalinas (depósitos menos aderentes) as águas de caldeiras, inibindo o cálcio e o magnésio, sem que ocorra excesso de soda cáustica na água além do obtido pela hidrólise dos fosfatos.

Page 173: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

1.5.3 Controle congruente pH-PO4

Na prática o uso do controle congruente pH-PO4 permite o acondicionamento de águas de caldeiras de alta pressão, livres de NaOH, desde que sejam respeitadas as curvas propostas mantendo-se os pontos pH-PO4 abaixo das mesmas.

Page 174: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

1.5.4 Tratamento zero sólido

Também é conhecido como tratamento volátil ou ainda como água pura.

A condição básica para o emprego do tratamento zero sólido é de que a caldeira possua unidades polidoras de condensado em seu sistema.

A alcalinidade é elevada por meio de amônia, cicloexilamina ou morfolina quando injetadas na água de alimentação da caldeira. A hidrazina também é adicionada na água de alimentação, porém na água da caldeira propriamente dita, nenhum produto é adicionado.

Page 175: Tratamento de Águas Industriais 2014

ÁGUAS

1.5.5 Produtos químicos utilizados no tratamento interno

Fosfatos: são alimentados diretamente no gerador de vapor, sendo utilizado pela sua ação dispersante e pelo fato de reagirem com os sais de cálcio e magnésio, formando lamas não aderentes em paredes e tubulações da caldeira. O fosfato precipita o cálcio como fosfato tricálcio (Ca3(PO4)2).

Poliacrílicos: são utilizados como dispersantes e condicionadores de lama, ou seja, torna a lama mais densa, facilitando a eliminação de lamas pela descarga de fundo.

Sulfitos: são utilizados para controlar o oxigênio dissolvido na água, sendo que não são tóxicos.

2Na2SO3 + O2 2Na2SO4

Page 176: Tratamento de Águas Industriais 2014

Quelantes: Para Sarev & Martinelli (1998), devem ser introduzidos na linha da água de alimentação, ainda na seção pré-caldeira e livre de oxigênio, pois, este pode ocasionar a degradação dos quelantes.

Nunca devem ser alimentados antes de trocadores de calor de cobre e/ou suas ligas, devido a sua grande afinidade química por estes.

Não devem ser alimentados diretamente ao tubulão da caldeira, devido a sua ação corrosiva pronunciada a altas temperaturas e concentrações.

Uma dosagem excessiva de quelantes na água da caldeira, pode acarretar corrosão no metal da mesma.

ÁGUAS

Page 177: Tratamento de Águas Industriais 2014

Aminas voláteis: são utilizadas com a finalidade de lubrificar e proteger as tubulações por onde flui o vapor contra corrosão.

Hidrazinas: são utilizadas para controlar o oxigênio dissolvido, portanto, possuem a mesma finalidade dos sulfitos, sendo que são tóxicas. Exemplo:

N2H4 + O2 N2 + 2H2

Antiespumantes: Segundo Sarev & Martinelli (1998), são geralmente baseados em poliglicóicos e poliamidas.

ÁGUAS

Page 178: Tratamento de Águas Industriais 2014

CORROSÃO

1.6 Problemas relacionados com a qualidade da água

1.6.1 Corrosão

Segundo Gentil (1996), é um processo eletroquímico capaz de se desenvolver em meio ácido, neutro ou alcalino, na presença ou não de aeração, podendo ser acelerada pela presença de oxigênio dissolvido; teores elevados de cloro; presença de íons cobre e níquel, responsáveis pela formação de pilhas galvânicas; sólidos em suspensão que se depositam facilmente, de forma não aderente, em regiões estagnantes e de alta transferência de calor.

Page 179: Tratamento de Águas Industriais 2014

Mecanismos da corrosão

Material metálico: composicão química, presença de impurezas, processo de obtencão, tratamentos térmicos e mecânicos, estado da superfÍcie, forma, união de materiais (solda, rebites, etc), contato com outros metais

Meio corrosivo: composição química, concentração, impurezas, pH,T, teor de O2, P, sólidos suspensos

Condições operacionais: solicitacões mecânicas, movimento relativo material metálico/meio, condicões de imersão no meio (total,parcial), meio de protecão, operacão (continua, intermitente)

Page 180: Tratamento de Águas Industriais 2014

Mecanismos da corrosão

De acordo com o meio corrosivo e o material, há três diferentes mecanismos para os processos corrosivos:

Mecanismo químico: o meio não é iônico, a corrosão se da em material metálico a T elevadas, por gases ou vapores e em ausência de umidade (corrosão seca)

Mecanismo microbiológico: se processa sob influencia de microrganismos (bactérias, fungos, algas, etc.)

Mecanismo eletroquímico: o meio é iônico, envolvendo os íons da água (corrosão úmida) corrosão em água ou soluções aquosas, corrosão atmosférica, corrosão no solo

Page 181: Tratamento de Águas Industriais 2014

Mecanismos da corrosão

Reação anódica

Oxidacão do metal M:

M → Mn+ + ne

Reações catódicas

Reducão do ion H+ (meio ácido)

nH+ + ne → n/2 H2 (não aerado)

Reducão do O2

n/4 O2 + n/2 H2O + ne →n OH- (meio neutro ou básico)

n/4 O2 + nH+ + ne → n/2 H2O (meio ácido areado)

A corrosão eletroquímica será tanto mais intensa quanto menor o valor do pH (maior [H+]) e maior a [O2] no meio corrosivo

Page 182: Tratamento de Águas Industriais 2014

Classificação das corrosões

Corrosão Eletroquímica

Corrosao Galvânica

Quando dois materiais metálicos estão em

contato, com diferentes E, em presença de

um eletrólito, ocorre ddp e consequente

transferência de elétrons → Corrosão

Ex.: Tubulacões de Al em presença de sais Cu+2 e Hg+2 sofrem corrosão localizada produzindo pites. O Al reduz os ions Cu+2 e Hg+2, sofrendo consequentemente oxidação:

2Al + 3Cu+2 → 2Al+3 + 3Cu

2Al + 3Hg+2→ 2Al+3 + 3Hg

Page 183: Tratamento de Águas Industriais 2014

Classificação das corrosões

Corrosão Eletroquímica

Corrosão Eletrolítica

Trata-se de um processo eletroquímico que se da

com a aplicação de corrente elétrica externa

nao-espontânea

Causada por correntes de fuga (parasitas ou

estranhas) – correntes elétricas de interferência

Comum em tubulações de petróleo, água potável, cabos telefônicos enterrados, tanques de postos de gasolina, etc – deficiência de isolamento ou aterramento

Page 184: Tratamento de Águas Industriais 2014

Classificação das corrosões

Corrosão Eletroquimica

Corrosão Seletiva

Deterioração preferencial em um dos seus

Componentes

Frequente: em Fe fundido; em latões (ligas Cu-Zn)

Mais raro: a desniquelação em ligas de Cu (70 %) e Ni (30 %) em T > 100 °C; desaluminação em ligas de Cu contendo Al

Page 185: Tratamento de Águas Industriais 2014

Classificação das corrosões

Corrosão microbiológica

Corrosão do material metálico que se processa sob a influência de microrganismos (bactérias, fungos e algas) corrosão bacteriana

Variedade de ambientes

Água do mar, de rios, de sistemas de resfriamento, regiões pantanosas, sedimentos oleosos, solos com resíduos orgânicos ou sais (sulfatos, sulfetos, nitratos, fosfatos, enxofre)

Muitos equipamentos podem sofrer corrosão microbiólogica

Page 186: Tratamento de Águas Industriais 2014

FORMAS DE CORROSÃO

Page 187: Tratamento de Águas Industriais 2014

FORMAS DE CORROSÃO

Corrosão uniforme

Conforme Mascia (1989), a corrosão generalizada, na qual o material apresenta sua superfície corroída de maneira uniforme em toda a sua extensão. Pode ser verificado quando as partes metálicas da caldeira estão em contato com uma água de alimentação que apresenta características ácidas.

Corrosão em placas

Page 188: Tratamento de Águas Industriais 2014

Corrosão por pite e alveolar

Segundo Mascia (1989) é um tipo de corrosão localizada, caracterizada pelo ataque puntiforme do metal.

O processo corrosivo pode ocorrer em pequenas áreas, por perfurações em pontos discretos, podendo perfurar uma chapa metálica em um período de tempo bastante reduzido.

Nos pites a corrosão apresenta-se com profundidade maior do que seu diâmetro. Já nos alvéolos a profundidade da corrosão é menor que seu diâmetro.

Page 189: Tratamento de Águas Industriais 2014

Corrosão sob tensão

Também conhecida como corrosão tipo "stress", ocorre quando for criada uma tensão no metal e este for exposto à água que contém eletrólitos dissolvidos. As áreas sob tensão se tornam áreas anódicas e são corroídas.

Corrosão em torno de solda Corrosão filiforme (finos

filamentos)

Page 190: Tratamento de Águas Industriais 2014

Corrosão devida a sais dissolvidos

Os sais que provocam maior corrosão em caldeiras são os de caráter ácido, sulfatos, sais hidrolisáveis, sais oxidantes e bicarbonatos.

Na corrosão por cloretos de caráter ácido, os mais importantes são: cloreto de magnésio (MgCl2) e o cloreto de cálcio (CaCl2), porque estes reagem com a água formando HCl.

Corrosão devida ao oxigênio dissolvido

O OD tem um papel importantíssimo no mecanismo da corrosão, podendo acelerá-la ou retardá-la. A água quando se ioniza forma íon hidrogênio H+ e íon hidroxila OH-.

Page 191: Tratamento de Águas Industriais 2014

Corrosão intergranular ou intercristalina

Ocorre no contorno do grão, sendo um processo corrosivo extremamente perigoso porque na maioria das vezes só é detectado por micrografia.

Corrosão intragranular

Ocorre no grão.

Page 192: Tratamento de Águas Industriais 2014

Corrosão por fadiga

Ocorre quando o material sofre ruptura sob a ação de tensão, calor e processo corrosivo.

Corrosão por esfoliação

É a corrosão que ocorre com os materiais laminados, em particular o alumínio, que se manifesta pela separação das camadas

Page 193: Tratamento de Águas Industriais 2014

Corrosão por sulfatos

O sulfato de magnésio (MgSO4) em presença de cloreto de sódio ocasiona a seguinte reação química em uma água de caldeira:

NaCl + MgSO4 MgCl2 + Na2SO4

Corrosão devida ao gás sulfídrico

O processo corrosivo pode ser verificado conforme a reação:

Fe + H2S FeS + H2

Na presença de oxigênio o H2S pode ser oxidado a H2SO4, dentro de certas condições de pH e temperatura, o que atacará violentamente o ferro.

Page 194: Tratamento de Águas Industriais 2014

Corrosão por dióxido e trióxido de enxofre

A existência de dióxido e trióxido de enxofre dissolvidos na água da caldeira em pH baixo, formarão ácido sulfuroso e sulfúrico respectivamente.

As reações que ocorrem no ataque ao ferro são:

2Fe + 2H2SO3 FeS + FeSO4 + H2O

Fe + H2SO4 FeSO4 + H2

2Fe + 3H2SO4 + 3/2O2 Fe2(SO4)3 + H2O

Page 195: Tratamento de Águas Industriais 2014

Corrosão pela amônia

A amônia não ataca o ferro, porém as ligas de cobre e zinco são atacadas, formando complexos solúveis.

Cu + 4NH3 Cu(NH3)4+2

Quando há oxigênio no meio ocorre despolarização do metal:

Cu + 1/2O2 + 4NH3 + H2O Cu(NH3)4 (OH)2

Na presença de zinco ocorre a seguinte reação:

Zn + 4NH3 Zn(NH3)4+2 + 2e

Page 196: Tratamento de Águas Industriais 2014

Corrosão por cloro

O cloro livre presente na água provoca uma corrosão rápida em forma de pites e/ou alvéolos.

Fragilidade cáustica

Ocorre quando a soda cáustica fica depositada sobre a parte metálica destruindo o óxido preto de ferro (magnetita) e consequentemente a superfície do metal.

Normalmente é observada em chapas rebitadas, juntas, uniões ou inserções.

Page 197: Tratamento de Águas Industriais 2014

Fragilização pelo hidrogênio

O hidrogênio nascente que se forma penetra nos espaços intercristalinos de aço, reagindo com os óxidos, nitretos, carbetos, formando produtos gasosos dentro do metal, originando pressões internas e fraturando o metal nos espaços intercristalinos.

Page 198: Tratamento de Águas Industriais 2014

1.6.1.1 Prevenção de Corrosão

Métodos práticos para diminuir a taxa de corrosão: Métodos baseados na modificação do processo:

Pela aplicação de proteção catódica

Métodos baseados na modificação do meio corrosivo: Desaeração da água

Purificação ou diminuição da umidade do ar

Adição de inibidores

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1.6.1.1 Prevenção de Corrosão

Métodos práticos para diminuir a taxa de corrosão:

Métodos baseados na modificação do metal:

Aumento da pureza

Adição de elementos – liga

Métodos baseados nos revestimentos protetores:

Revestimentos com produtos da reação (tratamento químicos ou eletroquímico da superfície metálica)

Revestimentos orgânicos (tintas, resinas ou polímeros)

Revestimentos inorgânicos (esmaltes, cimentos)

Revestimentos metálicos

Revestimentos temporários

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1.6.1.1 Prevenção de Corrosão

As principais causas de corrosão em sistemas geradores de vapor são devidas ao oxigênio e ao gás carbônico, quando estes se encontram dissolvidos na água da caldeira. Além disso, se o pH da água estiver abaixo de 10 o processo corrosivo pode ser facilitado.

Tratamento com sulfito de sódio

A reação entre o oxigênio e o sulfito de sódio é a seguinte:

Na2SO3 + 1/2O2 Na2SO4

Em caldeiras que operam a uma pressão > 40 kgf/cm2 o seu uso é desaconselhável.

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Tratamento com Hidrazina

Conforme Sarev & Martinelli (1998), a reação da hidrazina com o oxigênio é dada por:

N2H4 + O2 2H2O + N2

Segundo Mascia (1989), a hidrazina possui um poder redutor, transforma o Fe2O3 em Fe3O4, que age como protetor. O fenômeno pode ser observado também para o cobre onde o CuO transforma-se em Cu2O.

6Fe2O3 + N2H4 N2 + 2H2O + 2Cu2

Em temperaturas > 200°C a hidrazina pode se decompor em amônia:

3N2H4 4NH3 + N2

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1.6.2 Depósitos ou Incrustações

Para Dantas (1988), são deposições ou precipitações sólidas, de naturezas alcalinas, responsáveis por inúmeros problemas que ocorrem nas superfícies internas das caldeiras.

Conforme Sarev & Martinelli (1998), as incrustações são duras e aderentes, formam-se pelo crescimento cristalino dos sais cuja solubilidade é inversamente proporcional à temperatura.

As lamas são mais moles e menos aderentes, provenientes de sais cujo limite de solubilidade é ultrapassado na temperatura em que se encontram.

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1.6.2.1 Prevenção de Depósitos

a) Descargas de nível

Visam limitar o teor admissível de sólidos dissolvidos na água do gerador de vapor. Controla os ciclos de concentração (sólidos em suspensão, sólidos totais dissolvidos, alcalinidade e sílica).

Um controle automático das descargas de nível apresenta as seguintes vantagens:

- Aumenta a economia na operação do sistema; - Evita arraste devido ao alto teor de sólidos; - Evita desperdício de água, de combustível e de produtos destinados ao tratamento.

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b) Descargas de fundo

Removem a lama e parte dos sólidos dissolvidos. Tais descargas são manuais e sua importância aumenta quando a concentração de lama na água da caldeira é alta.

As descargas de longa duração (15 a 60 segundos) eliminam mais água concentrada e sais dissolvidos e pouca lama.

As descargas de curta duração (5 a 15 segundos) eliminam menor quantidade de água concentrada e grande quantidade de lama formada, por isso são mais eficientes que as de longa duração.

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Tratamento convencional

De acordo com Mascia (1989), o tratamento convencional para abrandamento da dureza consiste basicamente no uso de fosfatos, álcalis, colóides e dispersantes.

As reações formadas segundo o tratamento convencional são:

2Na3PO4 + 3CaCO3 Ca3(PO4)2 + 3Na2CO3

MgCl2 + SiO2 + 2NaOH MgSiO3+ 2NaCl + H2O

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Tratamento com quelatos

Este tipo de tratamento visa complexar os íons cálcio e magnésio e não precipitar como no tratamento convencional, formando compostos solúveis e impassíveis de sofrer incrustações nas condições de operação.

O tratamento químico baseado nos quelatos emprega os seguintes produtos: EDTA ou NTA, fosfatos, soda cáustica, sulfito de sódio e antiespumantes.

Quando em excesso os quelantes podem causar corrosão no metal formando um complexo com o óxido de ferro (magnetita), dissolvendo-o.

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Tratamento com polímeros

Os polímeros são usados como inibidores de incrustação e dispersantes, possuem uma atuação diferenciada dos quelatos, pois não sequestram os íons cálcio e magnésio presentes na água.

Polímeros sintéticos como os poliacrilatos e os copolímeros do ácido maleico-estireno são usados para evitar incrustações.

Para evitar incrustação os polímeros devem reagir com a matéria incrustante, penetrando nos seus espaços intercristalinos formando uma estrutura distorcida e de forma irregular. A tensão criada pelas distorções na estrutura do cristal evita que ocorram fixações, aderência, na superfície dos tubos da caldeira.

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Tratamento conjugado

O tratamento químico é dito conjugado quando se usa um quelato ou fosfato junto com polímeros na água da caldeira.

Esses agentes têm a função de dispersar os flocos formados na caldeira e causados pelas precipitações de Ca e Mg.

Segundo Sulfanil (2004), o tratamento com polímeros dispersantes tem melhorado em muita a eficiência da caldeira e evitado um número grande de paradas de sistemas de geração de vapor para limpeza de caldeiras.

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1.6.3 Arraste e Espumação

Conforme Mascia (1989), arraste é um fenômeno onde as partículas de água da caldeira são carregadas para o vapor gerado, o que é extremamente indesejável.

As causas do arraste podem ser mecânicas ou químicas.

Espumação é a contaminação que se verifica devido à influência exercida pela concentração de produtos químicos na tensão superficial na película de água, que envolve as bolhas de vapor em geração.

A formação de espuma deve-se ao excesso de sólidos totais dissolvidos, alcalinidade total elevada, óleos e graxas, excesso de sólidos em suspensão, detergentes e matéria orgânica.

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1.6.3.1 Prevenção do arraste e da espumação

O tratamento químico não corrige problemas de arraste mecânico, pois estes são devidos a falhas no projeto do gerador de vapor.

O arraste devido a condições químicas pode ser minimizado com o uso de antiespumantes, aliado as descargas regulares de lama.

O arraste pode ser eliminado por meio de um mecanismo de separação vapor-água, no qual deve-se manter o nível da água da caldeira controlado pelo visor e evitar o excesso de produção de vapor.

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1.6.3.1 Prevenção do arraste e da espumação

Para evitar a espumação devem-se diminuir a concentração dos sólidos dissolvidos, sólidos em suspensão, alcalinidade cáustica e matérias orgânicas na água da caldeira por meio de descargas de fundo e antiespumantes.

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1.7 Limpeza química de caldeiras

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1.7.1 Limpeza química pré-operacional

A limpeza pré-operacional tem como objetivo principal à retirada de depósitos soltos no interior da caldeira e a parte oxidada do metal, preparando-o para receber um tratamento químico adequado.

Antes da lavagem ácida é necessário remover os óleos, graxas e sujeiras em geral, utilizando um detergente alcalino a quente (150 a 200°F) com duração de 6 a 8 horas recirculando a solução.

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Ácido clorídrico com inibidor

É o ácido mais utilizado nas limpezas químicas, sendo que em soluções a 5 % com a presença de um inibidor, cuja concentração fica em torno de 0,3 %.

Além disso, deve ser adicionado inibidores de ácido são formulados à base de compostos químicos, como por exemplo: sais de bário, gelatina, anilina, piridina, formoldeído, tiouréia, amido e óxidos de arsênio, para que o ataque seja apenas à camada de óxido

Ácido fosfórico com inibidor

Geralmente é usado em caldeiras que apresentam partes de aço inoxidável, o que impede a utilização do ácido clorídrico por ser corrosivo ao material.

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Ácido fórmico e ácido cítrico com inibidor

A mistura destes ácidos na proporção de 2 % de ácido fórmico e de 1 % de ácido cítrico mais a presença de um inibidor confere uma boa eficiência na remoção de óxidos de ferro.

Citrato de amônio

Cerca de 2,5 a 3,0 % de citrato de amônio em solução resultam uma boa remoção de óxidos de ferro combinado com uma elevação de pH em cerca de 3 ou 4, o que torna o citrato de ferro um composto solúvel.

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Etileno-diamino-tetracetato de amônio

Possui grande aplicação em lavagens químicas de caldeiras em solução a 3,0 % num meio alcalino.

Ácido sulfâmico inibido

É empregado numa concentração de 3,0 % junto com um inibidor, quando o material a sofrer limpeza química é o aço inoxidável, o que inviabiliza o uso do ácido clorídrico.

Ácido sulfúrico com inibidor

Seu uso é reduzido a casos onde o ácido clorídrico não pode ser empregado por atacar o metal base. É encontrado em soluções a 5,0 % juntamente com um inibidor.

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1.7.2 Limpeza química de caldeiras em operação

Depósitos existentes em caldeiras: carbonatos e sulfatos de cálcio, sulfatos de sódio, silicatos, óxidos de ferro e hidróxido de magnésio entre outros.

Acomodação das crostas

O processo consiste em fazer uma lavagem alcalina à quente para a remoção das graxas e óleos, com o objetivo de amolecer e tomar porosos os depósitos, facilitando a limpeza química ácida.

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Limpeza ácida

A limpeza é efetuada obrigatoriamente com recirculação da solução ácida, mantendo-se a temperatura em 55°C, medida no tanque de aquecimento.

A duração da operação é função do tipo da crosta e espessura, normalmente está entre 12 horas até 48 horas quando as crostas são espessas e de difícil remoção.

Após a limpeza ácida a solução no interior da caldeira deverá ser esgotada, aberta todas as janelas de inspeção, flanges, coletores, etc., e lavar a caldeira internamente com jato de água sob pressão para remoção dos depósitos.

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Limpeza ácida

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Neutralização

Após a lavagem com jato de água sob pressão deve-se encher a caldeira com água limpa e adicionar uma solução alcalina com inibidor para neutralização, mantendo-se a temperatura da solução a 60°C por um período de 8 a 16 horas.

Cuidados com a atmosfera de hidrogênio

Durante a limpeza química o hidrogênio desprendido pode causar dois grandes problemas: fragilidade do aço pelo hidrogênio e atmosfera explosiva na caldeira.

Os limites da mistura explosiva hidrogênio/ar, em pressão e temperatura ambientes, são de 6,2 % a 71,4 %, sendo a temperatura de ignição do hidrogênio cerca de 580°C.

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1.8 Controle de qualidade de águas

Outra maneira de fazer o controle da qualidade das águas é por meio de instrumentos de medição contínua (condutivímetros, potenciômetros, silicômetros, medidores de cloro residual e oxigênio dissolvido, fosfatômetros, entre outros).

Os condutivímetros geralmente são colocados em linhas de retorno de condensado, descargas de bombas, no efluente de desaeradores, linhas de descargas da caldeira e efluente de desmineralizadores, ou seja, localizados em pontos onde poderá ocorrer poluição da água.

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1.8 Controle de qualidade de águas

Os medidores de pH são instalados na linha de condensado, na água de alimentação da caldeira, em efluentes de desaeradores, filtros e estações de clarificação.

Os silicômetros são dispostos na linha de descarga da água da caldeira e em efluentes de desmineralizadores.

Os medidores de oxigênio dissolvido são colocados nas descargas de bombas de condensados e em efluentes de desaeradores, e os medidores de cloro residual são instalados em estações de clarificação de água.


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