Tratamento de água

1. Tratamento de água Água Potável Água para refrigeração Água para produção de vapor Isaias Masiero

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

3. Ciclo hidrológico http://www.geocities.com/~esabio/agua/agua.htm

4. Potabilidade da água • A potabilidade de uma água é definida através de um conjunto de parâmetros e padrões estabelecidos por normas e legislações sanitárias. • O padrão de potabilidade da água, está definido na Portaria nº 518 de 25 de março de 2004 do Ministério da Saúde, é um conjunto de valores máximos permissíveis das características fisico-químicas, microbiológicas e organolépticas das águasdestinadas ao consumo humano.

5. Controle de qualidade da água • Controle de qualidade da água: Conjunto de ações adotadas continuamente pelos responsáveis pela pelos sistemas de abastecimento da água, que assegure a manutenção da qualidade da água. • Vigilância da Qualidade da água: Conjunto de ações adotadas continuamente pelas autoridades de Saúde Pública, para verificar se a água consumida atende a legislação e avaliar os riscos para a saúde humana.

6. Impurezas da água • : • • 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.

7. 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.

8. 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

9. Gases diversos • CO2 – decomposição de materiais orgânicos • O2 – contato do ar com a água • H2S – decomposição de materiais orgânicos • CH4 – decomposição de material biológico.

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

11. 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

12. Água Bruta Coagulação Clarificação: Decantação neutralização Filtração Desinfecção Tratamento de água potável Isaias Masiero

13. CLARIFICAÇÃO DA ÁGUA Representação esquemática do processo de clarificação da água

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

15. MECANISMO DE COAGULAÇÃO

16. 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 naturais a) Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 Mg(OH)2 + 2CaCO3 + 2H2O b) MgSO4 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaSO4

17. 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 ultravioleta 3) 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 residual 6) Íons metálicos- tóxicos – questionáveis devido a implicação quanto a saúde

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

19. Cloro e substâncias orgânicas • Trihalometanos Os trihalometanos constituem um grupo de compostos orgânicos que, se originam de substâncias orgânicas que reagem com o cloro durante a desinfecção. Valor Máximo Permissível é 0,1mg/L

20. Águas Industriais • Recebem a denominação de água industrias aquelas que se destinam a: • Produção de vapor • Refrigeração • Lavação e outros

21. Ciclo da água utilizada na industria Isaias Masiero

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

23. 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.

24. Substâncias dissolvidas • Dureza, representada basicamente pelos íons cálcio e magnésio (Ca2+ e Mg2+), principalmente os sulfatos (SO42-), carbonatos (CO32-) 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.

25. 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

26. Unidades de dureza da água Mili equivalente 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

27. Sistemas de refrigeração • Sistema aberto • Sistema semi aberto • Sistema Fechado

28. Sistema de água de refrigeração aberto com circulação (ou semi aberto) (Livro:Águas & Águas - Jorge A. Barros de Macedo) Isaias Masiero

29. Especificação de água de refrigeração – sistema semi-aberto http://www.engquim.ufpr.br/~gea/Dissertacao/Socrates/Capitulo2-Fofano.pdf Isaias Masiero

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: • Dureza total 9,5 a 10 °dH (5 a 100 mg/l em CaCO3) • Dureza de carbonatos 6,5 a 8,5 °dH (65 a 85 mg/l em CaCO3) • pH - 6 a 8 • Condutividade < 600S/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.

32. Balanço de massa em sistemas de refrigeração Informações da Nalco Isaias Masiero

33. Cálculo dos ciclos de concentração O número de ciclos será o maior valor encontrado. Informações da Nalco Isaias Masiero

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

35. 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  2HPO42- + H2PO42- H2PO42- HPO42-  PO43- Ca2+ + PO43- Ca3 (PO4)2 Mg2+ PO43-  Mg3(PO4)2 Gentil, V. Corrosão – 3a edição – LTC Editora S.A Isaias Masiero

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

37. Controle microbiológico Isaias Masiero

38. 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. 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 carbonatos MgCl2 + 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

41. 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

46. Tratamento de água para a produção de vapor Incrustações e corrosão

47. Condutividade térmica de várias incrustações e materiais (Livro:Águas & Águas - Jorge A. Barros de Macedo) Isaias Masiero

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