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

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

2 Água Potável 2 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. 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 3 Ciclo hidrológico

4 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.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 águas destinadas ao consumo humano.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 águas destinadas ao consumo humano.

5 5 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.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.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. Controle de qualidade da água

6 6 : Grosseiras: facilmente capazes de flutuar ou decantar, quando a água estiver em repouso (ex: folhas, sílica, restos vegetais, etc.). Coloidais: emulsões (CO 2 ), 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

7 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 8 Alguns conceitos importantes Ferro: a forma mais comum é ferro solúvel que está na forma de bicarbonatos ferrosos – Fe(HCO 3 ) 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 SiO 2

9 9 Gases diversos CO 2 – decomposição de materiais orgânicos O 2 – contato do ar com a água H 2 S – decomposição de materiais orgânicos CH 4 – decomposição de material biológico.

10 10 Sólidos suspensos: Consistem de partículas insolúveis e de sedimentação lenta. Sólidos SuspensosTempo para Decantação Areia grossaSegundos Areia FinaMinutos BarroHoras ArgilaAnos

11 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.

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

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

14 14

15 15 MECANISMO DE COAGULAÇÃO

16 16 Reações de coagulação Com a alcalinidade natural: a) Al 2 (SO 4 ) 3.18H 2 O + 3Ca(HCO 3 ) 2 2 Al(OH) 3 + 3CaSO 4 + 6CO H 2 O b) 2 FeSO 4.7H 2 O + 3Ca(HCO 3 ) 2 + 1/2O 2 Fe(OH) 3 + 3CaSO 4 + 4CO 2 + 6H 2 O c) 2 FeSO 4.7H 2 O + 3Ca(HCO 3 ) 2 + Cl 2 Fe(OH) 3 +2CaSO 4 + CaCl 2 + 6CO 2 + 7H 2 O d) Fe 2 (SO 4 ) 3 + 3Ca(HCO 3 ) 2 2Fe(OH) 3 +3CaSO 4 + 6CO 2 Com a alcalinidade adicionada: a) Al 2 (SO 4 ) 3 + 3Na 2 CO 3 + 4H 2 O 2Al(OH) 3 + 3Na 2 SO 4 + 3CO 2 + H 2 O b) Al 2 (SO 4 ) 3.18H 2 O + 3Ca(OH) 2 2Al(OH) 3 + 3CaSO H 2 O c) Fe 2 (SO 4 ) 3 + 3Ca(HO) 2 2Fe(OH) 3 +3CaSO 4 d) Fe 2 (SO 4 ) 3 + 3Na 2 CO 3 + 4H 2 O 2Fe(OH) 3 +3Na 2 SO 4 + 3CO 2 + H 2 O Com coagulantes naturais a) Mg(HCO 3 ) 2 + 2Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 + 2CaCO 3 + 2H 2 O b) MgSO 4 + Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 + CaSO 4

17 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 + H 2 O NaOCl + H 2 18

19 Cloro e substâncias orgânicas TrihalometanosTrihalometanos 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 19

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

21 21 Ciclo da água utilizada na industria Isaias Masiero

22 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. 23

24 Substâncias dissolvidas Dureza, representada basicamente pelos íons cálcio e magnésio (Ca 2+ e Mg 2+ ), principalmente os sulfatos (SO 4 2- ), carbonatos (CO 3 2- ) e bicarbonatos (HCO 3 - ). Sílica solúvel (SiO 2 ) e silicatos (SiO 3 2- ) 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. 24

25 25 Dureza da água Dureza total : Somatória da dureza temporária com a permanente. Água doce - 10 a 200 ppm, Água salgada - até 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(HCO 3 ) 2 CaCO 3 + H 2 O + CO 2

26 26 Unidades de dureza da água Mili equivalente Grau francês Grau inglês Grau americano Grau alemão ppm de CaCO 3 1 miliequivalente153,52,92,850 1 grau francês0,210,700,580, grau inglês0,2861,4310,830,8014,3 1 grau americano0,341,721,210,9617,2 1 grau alemão0,3581,791,251,04117,9 1 ppm CaCO 3 0,020,10,070,0580,0561 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 27

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

29 29 Especificação de água de refrigeração – sistema semi-aberto Isaias Masiero

30 30 Sistema de água de refrigeração fechado

31 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: oDureza total 9,5 a 10 °dH (5 a 100 mg/l em CaCO 3 ) oDureza de carbonatos 6,5 a 8,5 °dH (65 a 85 mg/l em CaCO 3 ) opH - 6 a 8 oCondutividade < 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 : NaNO 2,Na 2 CrO 4, polifosfato de sódio, sal solúvel de zinco,molibidatos e ésteres de fosfatos.

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

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

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. 34 Gentil, V. Corrosão – 3 a 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 Na 2 SO 3 + MgSO 4 MgSiO 3 + Na 2 SO 3 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. P 3 O H 2 O 2HPO H 2 PO 4 2- H 2 PO 4 2- HPO 4 2- PO 4 3- Ca 2+ + PO 4 3- Ca 3 (PO 4 ) 2 Mg 2+ PO 4 3- Mg 3 (PO 4 ) 2 35 Gentil, V. Corrosão – 3 a 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: SO 2 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 : NaNO 2,Na 2 CrO 4, polifosfato de sódio, sal solúvel de zinco,molibidatos e ésteres de fosfatos. 36 Gentil, V. Corrosão – 3 a edição – LTC Editora S.A Isaias Masiero

37 Controle microbiológico 37 Isaias Masiero

38 Proteção contra a corrosão Controles: Biológico – biocidas (CuSO 4, NaClO, Cl 2, 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 – 3 a edição – LTC Editora S.A Isaias Masiero

39 39 Processo de redução de dureza pela precipitação com cal sodada( até 20ppm ) Ca++ CaCO 3 Mg++ Mg(OH) 2 Dureza temporária – Bicarbonatos de Ca e Mg Ca(HCO 3 ) 2 + Ca(OH) 2 2CaCO 3 + 2H 2 O Mg(HCO 3 ) 2 + Ca(OH) 2 MgCO 3 + CaCO 3 + 2H 2 O MgCO 3 Muito solúvel MgCO 3 + Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 + CaCO 3 Dureza permanente : Sais Ca e Mg não carbonatos MgCl 2 + Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 + CaCl 2 CaCl 2 + Na 2 CO 3 CaCO 3 + 2NaCl CaSO 4 + Na 2 CO 3 CaCO 3 + Na 2 SO 4 MgSO 4 + Na 2 CO 3 + Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 + CaCO 3 + Na 2 SO 4 Isaias Masiero

40 40 Redução da dureza a zero Uso de ortofosfato em meio alcalino e a 80°C 3CaSO 4 + 2Na 3 PO 4 Ca 3 (PO4) 2 + 3Na 2 SO 4 Uso de resinas catiônica trocadoras de íons de cátion sódio Uso de resinas catiônica trocadoras de íons de cátion hidrogênio Isaias Masiero

41 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 O 2, CO 2, H 2 S, NH 3 Deaeração por jateamento ou escoamento em grande superfície e em contracorrente com vapor Deaeração a vácuo – Reduz até 95% do O 2 dissolvido Isaias Masiero

42 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*ppm Cl- + 1,042*ppmSO 4 2- /ppm alcalinidade total Se IC 1/2 Corrosão por pites.

43 43 Deionização da água (Livro:Águas & Águas - Jorge A. Barros de Macedo) Isaias Masiero

44 44 Osmose Reversa Isaias Masiero

45 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 46

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

48 48 Água para fabricação de vapor ( Especificações da American Boiler and Affiliated Industries Manufactures Association´s) Isaias Masiero

49 49 Especificação de água de alimentação de caldeiras segundo a ASME Isaias Masiero

50 50 Caldeira de produção de vapor

51 51 Remoção química do O 2 Deaeração com sulfito de sódio Na 2 SO 3 + 1/2O 2 Na 2 SO 4 Contra indicações: Aumento de resíduos e decomposição do sulfito que aumentam a tendência a corrosão. Deaeração com Hidrazina N 2 H 4 + O 2 N 2 + 2H 2 O Contra indicações: Se decompõe entre 200 e 315 °C e forma NH 3 que causa corrosão em ligas de cobre. Isaias Masiero Tratamentos internos

52 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

53 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

54 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

55 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 56 ÁGUAS DE REFRIGERAÇÃO INDUSTRIAL FLUXO DE TRATAMENTO DE ÁGUA DE REFRIGERAÇÃO INDUSTRIAL ÁGUA BRUTA GRADEAMENTO CLARIFICAÇÃO NEUTRALIZAÇÃO FILTRAÇÃO DESINFECÇÃO DESMINERALIZAÇÃO SISTEMAS FECHADOS SISTEMAS SEMI-ABERTOS TRATAMENTOS FÍSICO-QUÍMICOS SEDIMENTAÇÃO SIMPLES OU COM COAGULANTES FILTROS DE PRESSÃO, POR GRAVIDADE, FLUXOS ASCENDENTE, DUPLA FILTRAÇÃO DERIVADOS CLORADOS, OZÔNIO, ULTRA-VIOLETA VASOS DE TROCA IÔNICA, OSM. REVERSA, EVAP.COND. ÁCIDOS, SODA CÁUSTICA ??OUTROS PROCESSOS?? GRADES GROSSEIRAS, MÉDIAS E FINAS


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