Tratamento de água

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Isaias Masiero

Água Potável Água para refrigeração

Água para produção de vapor

Água Potável

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Água para consumo humano é aquela cujos Água para consumo humano é aquela cujos parâmetros microbiológicos físicos, químicos e parâmetros microbiológicos físicos, químicos e radioativos atendam os padrões de potabilidade e radioativos atendam os padrões de potabilidade e que não ofereça riscos a saúde.que não ofereça riscos a saúde.

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Ciclo hidrológico

http://www.geocities.com/~esabio/agua/agua.htm

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Potabilidade da água

• A A potabilidadepotabilidade de uma água é definida através de de uma água é definida através de um conjunto de parâmetros e padrões um conjunto de parâmetros e padrões estabelecidos por normas e legislações sanitárias.estabelecidos por normas e legislações sanitárias.

• O O padrão de potabilidadepadrão de potabilidade da água, está definido da água, está definido na Portaria nº 518 de 25 de março de 2004 do na Portaria nº 518 de 25 de março de 2004 do Ministério da Saúde, é um conjunto de valores Ministério da Saúde, é um conjunto de valores máximos permissíveis das características fisico-máximos permissíveis das características fisico-químicas, microbiológicas e organolépticas das químicas, microbiológicas e organolépticas das

águaságuas destinadas ao consumo humanodestinadas ao consumo humano..

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• Controle de qualidade da águaControle de qualidade da água: Conjunto de : Conjunto de ações adotadas continuamente pelos responsáveis ações adotadas continuamente pelos responsáveis pela pelos sistemas de abastecimento da água, que pela pelos sistemas de abastecimento da água, que assegure a manutenção da qualidade da água.assegure a manutenção da qualidade da água.

• Vigilância da Qualidade da água:Vigilância da Qualidade da água: Conjunto de Conjunto de ações adotadas continuamente pelas autoridades de ações adotadas continuamente pelas autoridades de Saúde Pública, para verificar se a água consumida Saúde Pública, para verificar se a água consumida atende a legislação e avaliar os riscos para a saúde atende a legislação e avaliar os riscos para a saúde

humana.humana.

• Controle de qualidade da água

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:

• Grosseiras: facilmente capazes de flutuar ou decantar, quando a água estiver em repouso (ex: folhas, sílica, restos vegetais, etc.).

• Coloidais: emulsões (CO2), argila, ferro e manganês na forma de hidróxidos, etc.

•Dissolvidas: a dureza (sais de cálcio e magnésio), ferro e manganês não na forma de hidróxidos, etc.

Impurezas da água

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Alguns conceitos importantes

• Turbidez: provocada por matéria suspensa de qualquer natureza, presente na água.

• Cor: devido a presença de matéria orgânica proveniente de matéria vegetal em decomposição.

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Alguns conceitos importantes

• Ferro: a forma mais comum é ferro solúvel que está na forma de bicarbonatos ferrosos – Fe(HCO3)2.

• Dureza: é proporcional ao conteúdo de sais de cálcio e magnésio. Águas brasileiras: 5 mg/L a 500 mg/l

• Sílica: Constituinte das águas naturais. Varia de 3 a 50 mg/l como SiO2

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Gases diversos

• CO2 – decomposição de materiais orgânicos

• O2 – contato do ar com a água

• H2S – decomposição de materiais orgânicos

• CH4 – decomposição de material biológico.

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Sólidos suspensos: Consistem de partículas insolúveis e de sedimentação lenta.

Sólidos Suspensos Tempo para Decantação

Areia grossa Segundos

Areia Fina Minutos

Barro Horas

Argila Anos

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Objetivos do tratamento

• Higiênico : remoção de bactérias, elementos venenosos ou nocivos, minerais e compostos orgânicos em excesso, protozoários e outros microorgânicos.

• - Estético : correção da cor, turbidez, odor, sabor.• - Econômico : redução da corrosividade, dureza,

cor, turbidez, ferro, manganês, odor, sabor, etc.

http://200.215.29.20/index.php?sys=137

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Água Bruta

Clarificação:

neutralização

Desinfecção

Coagulação

Decantação

Filtração

Tratamento de água potável

Isaias Masiero

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Representação esquemática do processo de clarificação da água

CLARIFICAÇÃO DA ÁGUACLARIFICAÇÃO DA ÁGUA

14http://www.agua.bio.br/botao_d_L.htm

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MECANISMO DE COAGULAÇÃO

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Reações de coagulação

Com a alcalinidade natural:a) Al2(SO4)3.18H2O + 3Ca(HCO3)2 2 Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2 + 18H2O

b) 2 FeSO4.7H2O + 3Ca(HCO3)2 + 1/2O2 Fe(OH)3 + 3CaSO4 + 4CO2 +

6H2O

c) 2 FeSO4.7H2O + 3Ca(HCO3)2 + Cl2 Fe(OH)3 +2CaSO4 + CaCl2 +

6CO2 + 7H2O

d) Fe2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 2Fe(OH)3 +3CaSO4 + 6CO2

Com a alcalinidade adicionada:a) Al2(SO4)3 + 3Na2CO3 + 4H2O 2Al(OH)3 + 3Na2SO4 + 3CO2 + H2O

b) Al2(SO4)3.18H2O + 3Ca(OH)2 2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 18H2O

c) Fe2(SO4)3 + 3Ca(HO)2 2Fe(OH)3 +3CaSO4

d) Fe2(SO4)3 + 3Na2CO3 + 4H2O 2Fe(OH)3 +3Na2SO4 + 3CO2 + H2O

Com coagulantes naturaisa) Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 Mg(OH)2 + 2CaCO3 + 2H2O

b) MgSO4 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaSO4

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Desinfecção

A desinfecção pode ser feita por um grande número de métodos:1) Agentes oxidantes: Cloro, oxido de cloro, ozônio, iodo, permanganato de potássio, brometo, 2) Radiações ultravioleta3) Extremos em pH que geralmente não é prático.4) Aquecimento em operações de pequena escala em industria (alimento)5) Ondas ultra sônica não fornece proteção residual6) Íons metálicos- tóxicos – questionáveis devido a implicação quanto a saúde

Sistema de fabricação de hipoclorito para tratamento direto da água: NaCl + H2O NaOCl + H2

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Cloro e substâncias orgânicas

• TrihalometanosTrihalometanos

Os trihalometanos constituem um grupo de Os trihalometanos constituem um grupo de compostos orgânicos que, se originam de compostos orgânicos que, se originam de substâncias orgânicas que reagem com o substâncias orgânicas que reagem com o cloro durante a desinfecção.cloro durante a desinfecção.

Valor Máximo Permissível é 0,1mg/L Valor Máximo Permissível é 0,1mg/L

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Águas Industriais

• Recebem a denominação de água industrias aquelas que se destinam a:

• Produção de vapor

• Refrigeração

• Lavação e outros

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21

Ciclo da água utilizada na industria

Isaias Masiero

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Propriedades da água

Águas Doces no Brasil-Rebouças, A .C.;Braga, B.; Tundisi, J.G.

Impurezas da água em suspensão

• Geralmente, nas águas superficiais e subterrâneas que são usadas nos processos industriais contem materiais em suspensão na forma grosseira e partículas coloidais.

• A forma de remoção e a já descrita no capitulo água potável na etapa clarificação.

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Substâncias dissolvidas

• Dureza, representada basicamente pelos íons cálcio e magnésio (Ca2+ e Mg2+), principalmente os sulfatos (SO4

2-), carbonatos (CO3

2-) e bicarbonatos (HCO3-).

• Sílica solúvel (SiO2) e silicatos (SiO32-) associados a vários

cátions.

• Óxidos metálicos (principalmente de ferro), originados de processos corrosivos.

• Diversas outras substâncias inorgânicas dissolvidas.

• Material orgânico, óleos, graxas, açúcares, material de processo, contaminantes de condensados, etc.

• Gases, como oxigênio, gás carbônico, amônia, óxidos de nitrogênio e enxofre.

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Dureza da água

•Dureza total : Somatória da dureza temporária com a permanente. Água doce - 10 a 200 ppm, Água salgada - até 2.500 ppm.

•Dureza permanente é devido à ocorrência de íons sulfato, cloreto, nitrato ou silicato de cálcio ou magnésio.

•Dureza temporária, essencialmente devido aos bicarbonatos e pode ser eliminada pelo aquecimento da água até o ponto de ebulição. Os sais resultantes se precipitam por ser insolúveis. A reação de decomposição é a seguinte: Ca(HCO3)2 CaCO3 + H2O + CO2

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Unidades de dureza da água

  Miliequivalente

Grau francês

Grau inglês

Grau americano

Grau alemão

ppm de

CaCO3

1 miliequivalente 1 5 3,5 2,9 2,8 50

1 grau francês 0,2 1 0,70 0,58 0,56 10

1 grau inglês 0,286 1,43 1 0,83 0,80 14,3

1 grau americano 0,34 1,72 1,2 1 0,96 17,2

1 grau alemão 0,358 1,79 1,25 1,04 1 17,9

1 ppm CaCO3 0,02 0,1 0,07 0,058 0,056 1

Mili equivalente é unidade internacional = meia molécula sal de cálcio por metro cúbico de água.

Isaias Masiero

Sistemas de refrigeração

• Sistema aberto

• Sistema semi aberto

• Sistema Fechado

27

Sistema de água de refrigeração aberto com circulação (ou semi aberto)

28Isaias Masiero

(Livro:Águas & Águas - Jorge A. Barros de Macedo)

29

Especificação de água de refrigeração – sistema semi-aberto

Isaias Masierohttp://www.engquim.ufpr.br/~gea/Dissertacao/Socrates/Capitulo2-Fofano.pdf

30

Sistema de água de refrigeração fechado

31

Àgua de refrigeração – sistema fechado

• Especificação: Neste caso, não existe uma especificação genérica, uma vez que neste sistema não há perdas de água. Uma exemplo a água de refrigeração de fornos de indução é:

o Dureza total 9,5 a 10 °dH (5 a 100 mg/l em CaCO3)o Dureza de carbonatos 6,5 a 8,5 °dH (65 a 85 mg/l em CaCO3)

o pH - 6 a 8

o Condutividade < 600S/cm

• Proteção contra incrustação: Melhor maneira de evitar incrustações é o uso de água abrandada ou desmineralizada pois o consumo é pequeno. Ou aplicação de agentes de superfície como: polifosfatos fosfonatos, esteres de fosfatos e polieletrólitos sintéticos.

• Proteção contra a corrosão: Uso de inibidores de corrosão tais como : NaNO2,Na2CrO4, polifosfato de sódio, sal solúvel de zinco,molibidatos e ésteres de fosfatos.

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Balanço de massa em sistemas de refrigeração

Isaias MasieroInformações da Nalco

Cálculo dos ciclos de concentração

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O número de ciclos será o maior valor encontrado.

Isaias MasieroInformações da Nalco

Problemas dos sistemas de refrigeração

abertos • Sólidos em suspensão: Causam erosão e depósitos que

podem formar pilhas de aeração diferencial.

• Crostas:Depósitos aderentes causados por sais de Ca e Mg.

• Depósitos biológicos: Proliferação de algas, fungos e bactérias. Além da transferência de calor há os problemas de corrosão por aeração diferencial e com redutores de sulfato.

• Corrosão: Galvânica e por aeração diferencial.

• Erosão, Cavitação e Impingimento: Causa são os sólidos suspensos, próprio projeto do sistema e a velocidade da água.

34

Gentil, V. Corrosão – 3a edição – LTC Editora S.A

Isaias Masiero

Problemas dos sistemas de refrigeração semi - abertos

• Depósitos:Clarificação deficiente, absorção de poeiras pela água na torre, teores elevados de íons ferro proveniente da ação das bactérias ferro- oxidantes.

• Crostas: Dureza temporária e sais de Mg e silicatos solúveis

Na2SO3 + MgSO4 MgSiO3 + Na2SO3

• Depósitos metálicos: Proveniente da redução de sais metálicos.

• Borras ou lamas de fosfatos: São comuns quando o tratamento anticorrosivo é realizado com trifosfatos e polifosfatos de sódio.

P3O105- + H2O 2HPO4

2- + H2PO42-

H2PO42- HPO4

2- PO43-

Ca2+ + PO43- Ca3 (PO4)2

Mg2+ PO43- Mg3(PO4)2

35Gentil, V. Corrosão – 3a edição – LTC Editora S.A

Isaias Masiero

Problemas dos sistemas de refrigeração semi - abertos

• Poluentes atmosféricos: Principalmente na torre de refrigeração. gasosos – Sulfeto de hidrogênio, dióxido e trióxido de enxofre,

amônia e dióxido de carbono. sólidos – Poeiras características de cada industria.

• Corrosão: SO2 reduz o pH e aumenta o teor de sulfatos na água favorecendo aparecimento de bactérias redutoras de sulfatos como a Desulfovibrio desulfuricans que causa sérios problemas de corrosão. A amonia aumenta o pH causando ataque em ligas de cobre. O dióxido de carbono também reduz o pH aumentando a tendencia a corrosão.

• Controle de corrosão:Uso de inibidores de corrosão tais como : NaNO2,Na2CrO4, polifosfato de sódio, sal solúvel de zinco,molibidatos e ésteres de fosfatos.

36

Gentil, V. Corrosão – 3a edição – LTC Editora S.A

Isaias Masiero

Controle microbiológico

37

Isaias Masiero

Proteção contra a corrosão

• Controles: Biológico – biocidas (CuSO4, NaClO, Cl2, NaBrO)

Controle do pH Inibidores de corrosão Proteção catódica

• Inibidores de corrosão: Inibidores anódico oxidantes – cromatos e molibidatos (somente em meio aerado); Inibidores anódicos não-oxidântes – silicatos, ortofosfatos alcalinos, fosfino e

fosfocarboxílicos; Inibidores catódicos – sais de zinco, polifosfatos, fosfonatos orgânicos e ésteres de

fosfatos; Inibidores específicos para cobre – benzotriazol, toliltriazol e mercaptobenzotiazol.

38

Gentil, V. Corrosão – 3a edição – LTC Editora S.A Isaias Masiero

39

Processo de redução de dureza pela precipitação com cal sodada(até 20ppm)

    Ca++ CaCO3

Mg++ Mg(OH)2

Dureza temporária – Bicarbonatos de Ca e Mg Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2CaCO3 + 2H2O

Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 MgCO3 + CaCO3 + 2H2O

MgCO3 Muito solúvel

MgCO3 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaCO3

Dureza permanente : Sais Ca e Mg não carbonatosMgCl2 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaCl2

CaCl2 + Na2CO3 CaCO3 + 2NaCl

CaSO4 + Na2CO3 CaCO3 + Na2SO4

MgSO4 + Na2CO3 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaCO3 + Na2SO4

Isaias Masiero

40

Redução da dureza a zero

• Uso de ortofosfato em meio alcalino e a 80°C 3CaSO4 + 2Na3PO4 Ca3(PO4)2 + 3Na2SO4

• Uso de resinas catiônica trocadoras de íons de cátion sódio

• Uso de resinas catiônica trocadoras de íons de cátion hidrogênio

Isaias Masiero

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Outros tratamentos externos

• Desmineralização Com resina fortemente ácidas, para eliminar cálcio, magnésio, sódio e

potássio. Resinas fortemente básicas, para eliminar cloretos, sulfatos, nitratos,

bicarbonatos e silicatos

• Remoção de gases Aquecimento da água com vapor em contracorrente, removendo O2,

CO2, H2S, NH3

Deaeração por jateamento ou escoamento em grande superfície e em contracorrente com vapor

Deaeração a vácuo – Reduz até 95% do O2 dissolvido

Isaias Masiero

42

Incrustação e corrosão

• Controle da água para evita incrustação e corrosão:

Índice de Langelier Indice de Ryznar Indice de Puckorius Indice de Larson-Skold: É mais conhecido como indice de corrosão

IC = 1,408*ppmCl- + 1,042*ppmSO42-/ppm alcalinidade total Se IC<1/2

corrosão uniforme e se IC> 1/2 Corrosão por pites.

43

Deionização da água (Livro:Águas & Águas - Jorge A. Barros de Macedo)

Isaias Masiero

44

Osmose Reversa

Isaias Masiero

45

Eficiência de remoção de contaminastes por cada processo de tratamento

Isaias Masiero

Tratamento de água para a produção de vapor

Incrustações e corrosão

46

47

Condutividade térmica de várias incrustações e materiais

Isaias Masiero(Livro:Águas & Águas - Jorge A. Barros de Macedo)

48

Água para fabricação de vapor ( Especificações da American Boiler and Affiliated Industries Manufactures Association´s)

Isaias Masiero

49

Especificação de água de alimentação de caldeiras segundo a ASME

Isaias Masiero

50

Caldeira de produção de vapor

51

• Remoção química do O2

Deaeração com sulfito de sódio

Na2SO3 + 1/2O2 Na2SO4

Contra indicações: Aumento de resíduos e decomposição do sulfito que aumentam a tendência a corrosão.

Deaeração com Hidrazina

N2H4 + O2 N2 + 2H2O

Contra indicações: Se decompõe entre 200 e 315 °C e forma NH3 que causa corrosão em ligas de cobre.

Isaias Masiero

Tratamentos internos

Exercícios

1. O que você entende por água potável?

2. O que é um ciclo Hidrológico?

3. O que são os padrões de potabilidade da água?

4. O que trata a Portaria N°518 de 25 de março de 2004 do Ministério da Saúde?

5. Como são classificadas as impurezas encontradas na água?

6. Que são impurezas que se apresentam na forma coloidal, dispersas na água?

52

Exercícios

7. Como a Turbidez se relaciona com as impurezas da água?

8. O que é dureza da água? Porque é uma propriedade importante para a água de uso industrial?

9. O que é clarificação da água? Quais são as etapas?

10. O que é coagulação ou floculação?

11. Qual o mecanismo da floculação?

12. O agente floculante reage com que da água para criar uma partícula coloidal de carga positiva?

13. Qual a principal desvantagem do uso do cloro na desinfecção da água?

53

Exercícios

14. Quais os dois principais problemas da água utilizada na industria?

15. O que é ciclo de concentração de água de refrigeração?

16. Para um sistema de refrigeração semi-aberto, quais são as causas de concentração das impurezas da água?

17. Como deveria ser a água de um sistema fechado de refrigeração?

18. Qual o efeito da sílica dissolvida e da dureza em água para a produção de vapor?

19. Qual o objetivo dos tratamentos interno da água para produção de vapor?

54

Exercícios

20. O que desmineralização da água?

21. O que é abrandamento da água?

22. Descreva os métodos de desmineralização e abrandamento da água.

55

56

ÁGUAS DE REFRIGERAÇÃO INDUSTRIAL

FLUXO DE TRATAMENTO DE ÁGUA DE FLUXO DE TRATAMENTO DE ÁGUA DE REFRIGERAÇÃO INDUSTRIALREFRIGERAÇÃO INDUSTRIAL

ÁGUA BRUTAÁGUA BRUTA

GRADEAMENTOGRADEAMENTO

CLARIFICAÇÃOCLARIFICAÇÃO

NEUTRALIZAÇÃONEUTRALIZAÇÃO

FILTRAÇÃOFILTRAÇÃO

DESINFECÇÃODESINFECÇÃO

DESMINERALIZAÇÃODESMINERALIZAÇÃO

SISTEMAS SISTEMAS FECHADOSFECHADOS

SISTEMAS SISTEMAS SEMI-ABERTOSSEMI-ABERTOS

TRATAMENTOS TRATAMENTOS FÍSICO-QUÍMICOSFÍSICO-QUÍMICOS

SEDIMENTAÇÃO SIMPLES SEDIMENTAÇÃO SIMPLES OU COM COAGULANTESOU COM COAGULANTES

FILTROS DE PRESSÃO, POR GRAVIDADE, FLUXOS FILTROS DE PRESSÃO, POR GRAVIDADE, FLUXOS ASCENDENTE, DUPLA FILTRAÇÃOASCENDENTE, DUPLA FILTRAÇÃO

DERIVADOS CLORADOS, DERIVADOS CLORADOS, OZÔNIO, ULTRA-VIOLETAOZÔNIO, ULTRA-VIOLETA

VASOS DE TROCA IÔNICA, VASOS DE TROCA IÔNICA, OSM. REVERSA, OSM. REVERSA,

EVAP.COND.EVAP.COND.

ÁCIDOS, SODA CÁUSTICAÁCIDOS, SODA CÁUSTICA

??OUTROS PROCESSOS????OUTROS PROCESSOS??

GRADES GROSSEIRAS, GRADES GROSSEIRAS, MÉDIAS E FINASMÉDIAS E FINAS