Tratamento de água para uso industrial

Este trabalho foi realizado por Filomena Alfredo e Jéssica Fernandes, no âmbito da unidade curricular Integração e Intensificação de Processos.

Figura1:Esquema ilustrativo das etapas de tratamento de água bruta.

A maior parte dos processos industriais dependem de reacções usando produtos químicos dissolvidos em água, suspensão de sólidos em suspensões de água, uso da água para dissolver e extrair substâncias, lavar produtos e processar equipamentos. Esses processos exigem água em grandes quantidades e com uma qualidade adequada ao uso.

•Por que fazer o tratamento da água?

A presença de materiais de diferentes características na água, exige que seja feito um tratamento antes do seu uso industrial, que visa responder as especificações adequadas a cada tipo de uso. O tratamento da água para uso industrial deve-se essencialmente ao facto de que alguns sais presentes nesta causarem alguns problemas, tais como: depósitos nas tubulações, contaminação dos produtos, corrosão dos metais, etc. Nas indústrias em que a água é incorporada no produto final (indústrias de bebidas, cosméticos, farmacêuticas, aquelas em que esta é usada na preparação de soluções e reagentes químicos), e operações de limpeza de equipamentos é necessário um maior rigor e um nível de pureza mais elevado em relação a quando esta é usada para irrigação por exemplo. Os sais de cálcio e magnésio são os responsáveis pelas incrustações nas tubulações, afetando o fluxo de fluídos e a pressão do sistema; o ião Cloreto destrói as películas protetoras, causando corrosão nos equipamentos e instalações, estes são exemplos claros da necessidade do tratamento das águas para o uso industrial. A água considerada ideal para uso industrial, é aquela que não provoca a deposição de substâncias incrustantes, corrosão de metais e que não gera espuma.

•Processos utilizados no tratamento de águas

Na figura 3, está representado, de uma forma geral e não para uma indústria em específico, uma unidade de tratamento que pode ser utilizada para o tratamento de influentes de diferentes naturezas.

Figura2:Sistema de tratamento de água para fins industriais

Operações para tratamento mais comuns[3][4]:

•Pré-tratamento e Pré-Filtração: Trata-se dos tratamentos utilizados em águas para uso público onde se remove a cor, turbidez e também matéria suspensa. Tem também como objectivo a protecção de equipamentos a jusante das partículas de maior dimensão.

•Remoção de Ferro: Procedimento efectuado por arejamento, seguido de uma filtração recorrendo a filtros catalíticos .

•Coagulação e sedimentação: Adição de iões de ferro trivalentes ou sais de alumínio à água a ser tratada. Esta operação tem como objectivo a formação de partículas de tamanho suficiente para a sua precipitação e posterior sedimentação.

•Filtração: Processo comum, barato e sem complicações onde se remove partículas até tamanhos de 3 micrómetros ou mais. Utilizam-se filtros compactos de areia, onde os grãos desta medem tipicamente 0.75 mm e os leitos apresentam uma profundidade de 750 mm

•Processos de Permuta iónica: A água a tratar passa através de leitos de partículas de resina esféricas, de diâmetros 0.5-1.0 mm, e a caudais adequados até se atingir o ponto de saturação da coluna, onde posteriormente esta é lavada e regenerada quimicamente de forma a ser utilizada de novo.

•Processos de membrana: Trata dos processos de osmose inversa (OI) e eletrodiálise (ED) que removem de forma eficiente a maioria dos sólidos totais dissolvidos (STD). Normalmente, só são considerados economicamente viáveis para processos de elevados caudais e para STD entre os 300-500 mg/L.

•Principais Indústrias que necessitam de um tratamento específico

A qualidade da água depende muito da localização, terreno, lençol freático e condições geográficas do local, por isso é importante uma análise para determinar qual o melhor método de tratamento a ser empregue. Este método deve cumprir com as especificidades do produto final, o que varia nas diferentes indústrias. Segue o exemplo de algumas indústrias aonde é essencial esse tratamento:

1- Indústria farmacêutica

Figura3: uso da água tratada para a preparação de soluções

Figura 3: uso da água tratada para preparação de soluções

Como já foi dito, essa é das indústrias que exige um elevado grau de pureza da água, e por esta razão são necessários processos que tornem a água apta para cada tipo de necessidade dentro das normas e parâmetros já estabelecidos que devem ser seguidos à risca de formas a garantir a melhor qualidade. De acordo com a qualidade desejada da água tratada, existem tecnologias eficazes de remoção de impurezas e contaminantes, que a tornam apta dentro das normas e parâmetros já estabelecidos que devem ser seguidos à risca de formas a garantir a melhor qualidade, dentre os quais:

•Eletrodesionização: remove os iões da água, combinando resinas de permuta iónica e membranas de seleção iónica com corrente contínua.

•Osmose reversa: remove a maior parte das impurezas de contaminação iónica, orgânica e por partículas contaminantes

•Ultrafiltração: remove partículas minúsculas através de filtros de membrana com poros de diâmetros entre 1 a 10 nm, além de bactérias e pirogénicos.

Figura4: uso da água tratada para a preparação da cerveja

2- Indústria de bebidas

Dos insumos utilizados na fabricação de cervejas, refrigerantes e bebidas em geral, a água se encontra em maior quantidade, com um total aproximado de 90% do volume do líquido. Esta deve apresentar um padrão estável na sua composição, e não pode conter substâncias que possam alterar o sabor, o aspeto ou a consistência do produto, daí a importância de ser feito um tratamento a água usada nestes processos. Para além da desinfeção que é uma etapa comum à indústria farmacêutica, aqui adicionam-se ainda outras técnicas como: coagulação-floculação e posterior separação das partículas por decantação ou floculação, filtração da areia e do carvão ativado e polimento final. A coagulação-floculação são processos que visam capturar as impurezas que se encontram em suspensão na água, por meio de flocos volumosos formando partículas de maior tamanho e densidade suficiente para precipitar.

3- Indústria de cosméticos

Figura5: uso da água tratada no fabrico de cosméticos

A água é a principal matéria prima utilizada em indústrias de cosméticos, e por esta razão merece especial atenção desde a sua geração e captação até ao armazenamento, passando pelo processo de pré-tratamento. Cada empresa segue os seus próprios padrões de qualidade, no entanto a maioria delas usam os padrões estabelecidos pela indústria farmacêutica, que segue as metodologias e orientações de farmacopeias americanas ou europeias. Para estas indústrias, o processo de pré-tratamento é composto basicamente por três estágios:

• Filtração: processo mecânico usado para reter partículas de sólidos e até microrganismos. Geralmente utiliza-se a areia como meio filtrante.

• Adsorção por carvão ativado: usada para a remoção do cloro e materiais orgânicos.

• Desionização ou desmineralização: utiliza resinas para trocas iónicas e reduz a condutividade.

Tratamento de água para alimentação de caldeiras[8]

Figura6: unidade de tratamento de água para uso em caldeiras

	Têm como objetivo principal a proteção dos componentes e tubagem da caldeira de certos compostos existentes na água. Estes encontram-se sob a forma de sólidos dissolvidos, sólidos suspensos e matéria orgânica

Este tipo de unidade de tratamento tipicamente remove:

• Iões de Ferro e de Cobre que se depositam nas tubagens da caldeira e que ao longo do tempo afetam a eficiência do processo e implicam limpezas com elevados custos associados.

• Gases dissolvidos: devido à presença de gases dissolvidos, como o O2 e o CO2, ocorrem reações químicas que causam corrosão em tubos e outras partes da caldeira

• Dureza visto que contribui para o fenómeno indesejado de fouling.

Uma unidade de tratamento de água de alimentação para caldeiras de uma forma geral inclui:

• Filtração/Ultrafiltração

• Permuta iónica

• Osmose inversa e/ ou Nanofiltração

• Desgaseificação

• Coagulação/ Precipitação química

Tratamento de água para torres de arrefecimento[9] Os constituintes duma unidade de tratamento de água para torres de arrefecimento vão depender da qualidade e da composição da corrente influente. De uma forma geral, este tipo de unidades de tratamento inclui:

• Clarificadores • Filtração e/ou Ultrafiltração • Permuta Iónica • Adição química (de forma a neutralizar pH’s, reduzir o crescimento microbiano e de biofilmes) De forma a controlar a qualidade do influente que dá entrada na torre de arrefecimento, há uma série de parâmetros que necessitam de ser controlados. Como por exemplo, a alcalinidade, o teor de matéria orgânica, a quantidade de sílica, iões de ferro, e por fim, a quantidade de sólidos dissolvidos e de sólidos suspensos que contribuem para a formação de espumas e de corrosão no equipamento.

Quanto custa uma unidade de tratamento de água para uso industrial?[10],[11]

Estimar o custo de uma unidade de tratamento depende de muitos factores, desde o nível de pureza da água necessário até às necessidades e exigências do processo. Contudo existem alguns factores principais que ajudam a determinar o custo da unidade de tratamento. Por exemplo:

1. Grandeza do Caudal de água a tratar;

2. Qual a natureza e a qualidade do influente a tratar;

3. Nível de qualidade de água exigido.

Em geral, menores caudais significam menores custos associados. Em relação à qualidade da água quanto maior for o número de constituintes que queremos tratar, o que implica maior número de etapas maiores serão os custos associados. Em suma, para as unidades de tratamento mais simples e que tratam menores caudais os custos rondam os 45,000 dólares americanos e para unidades de tratamento mais complexas e mais exigentes, por exemplo a indústria farmacêutica, os custos associados podem atingir os milhões de dólares. São incluídos nos cálculos sobre os custos da água, os custos de captação, transporte, armazenamento, tratamento e o de restituição ao meio ambiente nos padrões de pureza e de descontaminação impostos pela legislação local de proteção ao meio ambiente. Este último é especialmente caro para as indústrias, por esta razão umas das técnicas para economizar dinheiro e fazer um uso consciente desse recurso, é reaproveitar a água do processo sempre que for uma opção viável.