TRATAMENTO DE ÁGUA INDUSTRIAL

Tratamento de Água Industrial

Profa. Juliana Fonseca

Uso da Água na Indústria

A indústria, através das atividades desenvolvidas em seu interior, representa um setor de atividade grande usuário de água.

O uso da água na indústria pode ser dividido em:

Transferência de calor;

Geração de energia;

Aplicação em processos.

Fonte: http://aquafluxus.com.br/?p=3114


Transferência de Calor

É apropriada em processos de aquecimento ou esfriamento.

Em relação ao esfriamento, se utiliza a circulação de água através de torres ou tanques de esfriamento.


Geração de Energia

Em sua grande maioria, a geração de energia tem origem em plantas termoelétricas, que utilizam o vapor d’água com o propósito de mover turbinas adaptadas a geradores.


Aplicação em Processos (matéria-prima)

Os processos produtivos, em sua maior parte, são grandes usuários de água.



Podemos utilizar a água diretamente nos processos industriais?

- A solução do problema é específica para cada indústria, quase que em cada unidade ou fábrica.


A poluição das águas subterrâneas pode ser, entre outras fontes, causada por:

• Uso intensivo de adubos e pesticidas em atividades agrícolas;

• Deposição de resíduos industriais em terrenos muito vulneráveis;

• Deposição de lixos urbanos em lixões;

• Deposição de dejetos animais resultantes de atividades agropecuárias;

• Construção incorreta de fossas sépticas;

• A contaminação salina pelo avanço da água salgada motivada pela exploração intensiva dos aquíferos costeiros.

Água de Uso Industrial

Para se avaliar a qualidade de uma água não é preciso se conhecer todos os constituintes nela presentes.

As análises de uma água natural que se destina ao uso na indústria, bem como para fins potáveis, geralmente apresentam as seguintes determinações:

Dureza total da água:

- Característica conferida a água pela presença de alguns íons metálicos, principalmente Ca2+, Mg2+ e, em menor grau Fe2+.

- É expressa em termos de mg/L de CaCO3.

- Águas duras têm a propriedade de impedir a formação de espuma pelos sabões.

Água de Uso Industrial

Alcalinidade: é a capacidade que certa água tem de neutralizar ácidos.

Alcalinidade de águas naturais está relacionada a presença de sais de ácidos fracos, especialmente bicarbonatos de Ca, Mg e Na, cujas concentrações em águas brutas variam de 10 a 30 ppm.


A qualidade e a quantidade da água disponível constituem itens importantes na escolha da localização de uma indústria química.

É preciso levar em conta não só a água de superfície, mas também a água subterrânea.

mais conveniente para o arrefecimento


No entanto mais dura e pode provocar incrustações, que interferem com a transferência de calor.

Águas duras: contêm quantidades inconvenientes de sais de cálcio e magnésio.


Águas Duras:

Impurezas: bicarbonatos (𝐻𝐶𝑂3−),

cloretos (𝐶𝑙−),

sulfatos (𝑆𝑂42−).

- Resultam em precipitados insolúveis com o sabão.

- As incrustações baixam a condutividade térmica nas caldeiras.

Ca2+

Mg2+

Reduzem a transferência de calor nos trocadores de calor do processo.


Dureza permanente: é devida a 𝑆𝑂42− e 𝐶𝑙− de Ca e de Mg.

- exige o uso de agentes químicos para o abrandamento da água.

Exemplo:

CaSO4 + K2CO3 → CaCO3(s) + K2SO4


Além da dureza, a água pode conter deferentes quantidades de sais, contendo:

sódio (Na), sílica (SiO2), alumina (Al2O3), ferro (Fe), manganês (Mn)...

Outras impurezas que podem estar presentes são:

-matéria insolúvel em suspensão,

-matéria orgânica,

-corantes,

-gases dissolvidos

dióxido de carbono (CO2), o oxigênio (O2), o nitrogênio (N2), o sulfeto de

hidrogênio (H2S)...

Tratamento de Água

Exemplo: O uso de pressões elevadas no processo de geração de vapor exige uma água de caldeira purificada com extremo cuidado.

O tratamento de água deve ser adaptado ao emprego particular projetado para a água.

Os problemas respectivos devem ser levados aos especialistas neste setor.

Tratamento de Água

Histórico

1841 – Thomas Clark, na Inglaterra, patenteou o processo da cal (CaO) para remover a dureza temporária da água.

Em seguida – Porter desenvolveu o uso da barriha (Na2CO3) para remover a dureza temporária da água.

Tratamento de Água

1906 – o químico alemão Robert Gans aplicou os zeólitas para ao abrandamento industrial da água.

1930 – o abrandamento passou a ser usado nos fornecimentos municipais de água.

http://www.cpqgm.fiocruz.br/?area=07X03&new=92

Métodos de Tratamento de Água

Abrandamento: é o termo que se aplica aos processos que removem ou reduzem a dureza da água.

Purificação: refere-se usualmente à remoção de matéria orgânica e de microorganismos da água.

Processos da Cal e da Barrilha

Os íons cálcio e magnésio da água dura são removidos como: CaCO3 e Mg(OH)2

As equações típicas desta reação são:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 + 2H2O

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

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


Estes processos são particularmente aplicáveis:

-no abrandamento parcial das águas municipais,

-no tratamento de água de resfriamento, em que o bicarbonato de cálcio causa problemas.

Pode reduzir a dureza do cálcio a até 35 ppm!


Processo da Cal-Soda Quente

Opera nas vizinhanças da temperatura de ebulição da água: as reações são mais rápidas, a coagulação e a precipitação são facilitadas e boa parte do gás dissolvido, o CO2 e o ar,

por exemplo, é expelida.

É empregado para o tratamento das águas de alimentação de caldeiras.



Ao final do processo, a dureza da água será reduzida a cerca de 20-25 ppm

A solução é o emprego de resinas de troca iônica para o abrandamento mais completo do efluente do processo da cal a

quente.

Especialmente necessário para a alimentação das

caldeiras de alta pressão.



Troca Iônica

- É uma reação química em que os íons hidratados móveis de um sólido são trocados pelos íons de mesma carga numa solução.

- A operação de troca iônica é a troca entre íons presentes numa solução (contaminantes) e íons sólidos presentes na resina.

Troca Iônica

Extração

Ca++ Mg++

Ca++

Ca++

Ca++

Ca++ Ca++

Ca++

Ca++

Ca++ Mg++

Mg++ Mg++

Na+

Na+

Na+ Na+

Na+

Na+

Na+

Na+ Na+

Na+

Ca++ Na+

Na+

Troca Iônica

A troca catiônica ocorre quando os grupos carregados fixos (grupos funcionais) do trocador são negativos.

A troca aniônica ocorre quando os grupos funcionais imobilizados são positivos.

Troca Iônica

Quando a resina trocadora está quase toda transformada em compostos de cálcio e de magnésio, ela é regenerada,

para restaurar-se a resina de sódio.

A regeneração é feita com NaCl.

Na+

Na+ Na+

Na+ Na+

Na+ Na+ Na+

Na+ Na+ Na+ Na+ Na+

Na+ Na+ Na+ Na+

Na+

Na+ Na+

Na+

Na+ Na+ Na+

Na+

Na+ Ca++

Ca++

Ca++

Ca++

Ca++ Ca++

Ca++

Mg++

Mg++

Mg++

Mg++

Mg++

Mg++

Mg++

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Troca Iônica

Os trocadores de sódio normalmente usados no tratamento de água são resinas sintéticas de poliestireno-divinilbenzeno (SDVB) sulfonadas.

É um tipo de resina estável em

temperatura alta e em pH elevado,

e resistente a meios oxidantes.

Troca Iônica

Matriz polimérica (Resina Catiônica)

Troca Iônica

Troca Iônica

Troca Iônica

A dureza da água proveniente da troca iônica é usualmente igual a zero.

No caso de águas muito duras, é conveniente tratar a água anteriormente pelo processo da cal e depois pela troca iônica.

Troca Catiônica Ácida

Assemelha-se com o procedimento do íon Na+, exceto que as resinas trocadoras têm um íon H+ permutável e podem ser usadas para remover todos os cátions.


As reações com sulfatos e cloretos podem ser representadas:


A regeneração com H2SO4 é o método de regeneração mais amplamente usado e o mais econômico:

Troca Aniônica

Na maior parte dos casos, não é desejável ter a água ácida, e por isto o efluente do tratamento de troca pelo íon hidrogênio ou é neutralizado ou passa por uma resina de troca aniônica.

Eles removem ácidos fortemente ionizados, como o sulfúrico, o clorídrico ou o nítrico:

H2SO4 + 2R4NOH (R4N)2SO4 + H2O

A regeneração:

(R4N)2SO4 + 2NaOH 2R4NOH + Na2SO4

Troca Iônica

Destilação

Destilação

A água “pura” deve ser conduzida em tubos especiais para impedir que a água abrandada dissolva pequenos traços de metal e fique contaminada.

São usados tubos de alumínio e de cloreto de polivinilo moldados, bastante eficientes para conduzir água “pura”.

Algumas vezes emprega-se o polietileno, o polipropileno e os policarbonatos.

Condicionamento com Fosfato

Empregado, em geral, em conjunto com um dos procedimentos descritos anteriormente.

O processo é usado para o tratamento interno de água de caldeira, no tratamento de água de arrefecimento ou de processo.

Nas caldeiras a vapor, usam-se ortofosfatos para precipitar traços de íons Ca2+ que chegam na caldeira.

Condicionamento com Fosfato

O hexametafosfato de sódio inibe a precipitação quando é adicionado à água que depositaria incrustações de carbonato de cálcio, ao se tornar mais alcalina ou ao ser aquecida.

Ele também é largamente usado para minimizar a corrosão e a dissolução do ferro pela água circulante nos sistemas de resfriamento.

Corrosão

A desaeração da água é uma operação muitas vezes necessárias para a água usada em finalidades industriais.

O O2 dissolvido acelera a corrosão mediante diversas reações.

Corrosão

Ex.: O ferro em contato com a água sofre uma reação anódica:

Fe(s) Fe2+(aq) + 2e

O2 reage com a água, dando íons OH- no cátodo:

O2(g) + 2H2O(l) + 4e 4OH-(aq)

Os íons Fe2+ e OH- reagem e os elétrons são neutralizados pelo fluxo de corrente entre o ânodo e o cátodo adjacentes:

2Fe(s) + O2(g) + 2H2O(l) 2Fe(OH)2(s)

Corrosão

Qualquer agente que impeça as reações anteriores fará cessar a corrosão.

Este efeito pode ser conseguido:

-pela remoção do oxigênio dissolvido,

-pela polarização dos eletrodos,

-pela ação de inibidores orgânicos

-por sais protetores.

Corrosão

O oxigênio é removido pelo cascateamento numa pilha de bandejas contidas num tanque.

Durante a descida, a água é lavada por vapor de água ascendente.

Um calefador de água diminui o teor de oxigênio dissolvido.

Corrosão

Remoção química:

-com o sulfito de sódio ou a hidrazina:

O2 + 2Na2SO3 2Na2SO4

O2 + N2H4.H2O 3H2O + N2

Esta desoxigenação completa é desejável para tornar mínima a corrosão nas caldeiras, principalmente a altas temperatura e pressão.

Dessalinização

•Osmose Reversa


Purificação da Água

É a remoção de material orgânico e de micro-organismos nocivos de suprimentos municipais.

Para se ter água potável, recomenda-se um tratamento com cloro.

Assim, consomem-se, para proteger a saúde pública, grandes quantidades desta substância.

Reuso da Água

Conselho Nacional de Recursos Hídricos (CNRH):

Água Residuária: esgoto, água descartada, efluentes líquidos de edificações, indústrias e agropecuárias, tratadas ou não.

Reuso da Água: é a utilização de água residuária.

http://www.youtube.com/watch?v=cVTRtWak6Og

Tratamento dos Efluentes

ÁGUAS URBANAS

No passado, o método fácil de despejo era o da diluição: o rejeito era lançado numa massa de água disponível, como um rio ou lago, onde o oxigênio presente destruiria, com o tempo, a matéria orgânica.

Este procedimento, entretanto, não é mais aceito.


A impureza presente numa água servida é medida usualmente em uma das bases seguinte:

(1) O teor de sólidos suspensos;

(2) A demanda bioquímica de oxigênio (DBO) - mede o teor de impureza pela quantidade de oxigênio necessária para oxidá-la.


Os métodos de tratamento de Efluentes são divididos em:

-Primários;

-Secundários;

-Terciário.


Tratamento Primário Destina-se a remover do esgoto de 30 a 60 % dos sólidos suspensos e da DBO. O efluente é usualmente clorado para destruir as bactérias e virus. Na planta primária, o afluente é peneirado, de modo a reter os sólidos maiores (2 – 5 cm). As partículas mais finas podem ser aglomeradas para aumentar de tamanho e possibilitar a decantação, num processo de floculação que leva à coagulação, seguida pela sedimentação.


Os coagulantes são adicionados para auxiliar estas operações.

Os aditivos químicos incluem sais inorgânicos, usualmente de ferro ou de alumínio (sulfato férrico ou sulfato de alumínio com cal), que, em condições alcalinas, formam flocos coloidais hidratados dos respectivos hidróxidos.



Tratamento Secundário

A matéria orgânica é oxidada de forma a reduzir de 85 a 90% a DBO.

Desprendem-se gases e resta uma massa muito menor de sólidos.

A oxidação bioquímica pode ser acelerada, no tratamento secundário, por um filtro ou um sistema de lodo ativado.


Lodo ativado: constitui um dos meios mais eficientes para remover as substâncias suspensas e as dissolvidas nas águas de esgoto.

Parte do lodo ativo é introduzida no esgoto e sopra-se ar através dele, cuidando-se em não haver excesso, mas só a quantidade necessária.

Os sólidos removidos por estes processos, em alguns casos, são enterrados ou queimados ou vendidos como fertilizantes, depois da filtração e secagem.


O líquido remanescente, depois da remoção dos sólidos, é usualmente:

-clorado para destruição dos microorganismos nocivos;

-descarregado numa corrente de água nas proximidades.


Tratamento Terciário

Visa à remoção de poluentes que não têm DBO.

Ex. P, N e C, na forma de compostos em solução, que podem servir de nutrientes para o crescimento superabundante de algas e outras plantas aquáticas eutroficação.

O tratamento mais comum é a precipitação dos fosfatos com cal e/ou hidróxidos metálicos, como o de alumínio (eficiência de 90-95 %).

Vídeo: http://www.youtube.com/watch?v=Uep2Pb6on6E

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