**Aplicações da água na indústria**

**Sistemas de Tratamento de Água Bruta**

O processo de tratamento varia de acordo com os requisitos farmacológicos, químicos e industriais, podendo incluir:

Por norma, o tratamento envolve a clarificação da água para remover os sólidos presentes na água bruta através de um conjunto de etapas: coagulação (ajustes químicos para que as partículas aglomerem), floculação (agitação física de forma a contribuir com o crescimento das partículas), decantação (separação da fase sólida e líquida) e filtração (utilização de carvão ativado). Após este processo, segue-se a desinfeção para inativar microrganismos patogénicos e, por fim, o tratamento químico onde se adicionam químicos capazes de controlar a capacidade de corrosão e incrustação da água.


**Figura 2**: Sistemas de recirculação e água em processos industriais

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 efluentes de diferentes naturezas.


**Figura 3:** Sistema de tratamento de água para fins industriais.*

As operações para tratamento mais comuns são:

- **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 objetivo a proteção de equipamentos a jusante das partículas de maior dimensão.

- **Remoção de Ferro:** Procedimento efetuado 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 objetivo 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 resinas 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.

Atualmente, dos muitos usos da energia na indústria, nos transportes e nas residências, a maior parte da utilização total é direcionada para a produção de vapor através da oxidação de combustíveis fósseis. O tratamento de água para a geração de vapor é um dos ramos mais sofisticados da química da água. Uma compreensão, dos fundamentos da química da água da caldeira, é essencial para o engenheiro de energia que, continuamente, aumenta a eficiência das caldeiras e equipamentos que utilizam vapor. As caldeiras são usadas numa vasta gama de aplicações, desde aquecedores de água quente a produção de vapor para turbinas de 1000MW em usinas de energia elétrica. O sistema de controlo vai-se tornando mais complexo à medida que a caldeira aumenta de dimensão.


**Figura 4-** Esquema de uma caldeira.

Uma caldeira tem um objetivo essencial, que é a produção de vapor a uma pressão e temperatura desejadas para um determinado processo e que, para se alcançar isso, são necessárias três correntes de alimentação básicas: combustível (carvão, gás natural, óleo combustível ou resíduos sólidos), água e gases de combustão.

O tratamento de água para alimentação de caldeiras industriais foca a remoção ou modificação química de substâncias potencialmente prejudiciais à caldeira, devendo ser eficiente, bem projetado e constituído por várias tecnologias individuais, de modo a:

Assim, irá haver uma garantia, de que o tratamento implementado evite a ocorrência de problemas, como incrustações e corrosão, prevenindo substituições / reparações dispendiosas no futuro.

Os processos específicos de tratamento variam dependendo das exigências da caldeira e da qualidade / química da água da alimentação e de makeup, mas um sistema típico de tratamento de água da alimentação de caldeiras inclui as seguintes etapas:

**Custos do sistema**

**Tabela 1-** Valor do sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras consoante a pressão utilizada.


De referir que, para determinadas pressões, existe um nível máximo de contaminantes que podem ser introduzidos na caldeira, e à medida que se aumenta a pressão na caldeira, torna-se mais crítico o tratamento completo da água.

Além da pressão, existem outros fatores importantes que poderão influenciar o preço do sistema, devendo a sua seleção ser feita com cuidado: a escolha da fonte de água da alimentação (da cidade, de efluentes tratados ou de poço) poderá minimizar as despesas de capital (CAPEX – “capital expenditure”) e de operação (OPEX – “operational expenditure”); o planeamento do projeto e requisitos regulamentares representam 10 - 15% do custo total do projeto; as taxas de instalação que dependem do local onde é implementado o sistema, normalmente, custam 15 - 25% do projeto; o transporte do sistema para a planta que, além de depender da época em que é realizado, também varia consoante a distância da planta em relação à instalação de fabrico, reflete 5 - 10% do custo do projeto. Por exemplo, um sistema básico pode ter válvulas multiportas, tubulações de plástico e vasos de plástico, enquanto um sistema mais robusto requer revestimento de borracha e tubulações de aço inoxidável com ninhos de válvulas industriais. Estes fatores industriais podem aumentar o custo total do sistema em 50 - 100%.

**Problemáticas comuns causadas pela água da alimentação**

A produção de lamas deve-se, essencialmente, à presença de sedimentos ou óleos. Os sólidos podem depositar em áreas com menor fluxo, formando-se uma camada isolante. Isto pode levar ao sobreaquecimento das tubagens e, eventualmente, ruturas. Utilizam-se métodos como a filtração, sedimentação e “softening” para lidar com o problema a montante. Caso haja passagem de lamas, é importante remover a camada que se forma nos tubos antes que esta endureça por ação do calor. Em caldeiras de baixa pressão, é possível usar condicionadores de lamas líquidos para que estas sejam removidas na purga.

A formação de depósitos resulta, como foi mencionado, da precipitação de impurezas que formam camadas extremamente duras. A melhor forma de lidar com o problema é evitá-lo. A água deve ser previamente submetida a tratamentos como osmose inversa, “electrodeionization” e “deionization”.

A corrosão consiste na degradação do metal que constitui o equipamento, formando-se pontos de “stress” e fraturas que podem levar a ruturas. Este fenómeno ocorre preferencialmente nos pontos quentes da caldeira. A corrosão é fomentada pela presença de oxigénio, dióxido de carbono e cloro (em concentrações elevadas). O uso de “scavengers” de oxigénio e desarejadores é comum para lidar com o problema, sendo também importante controlar o pH da água.

Frequentemente, a formação de espumas e “priming” são dois fenómenos que ocorrem simultaneamente. Quando há quantidades elevadas de sólidos dissolvidos na superfície da água, a evaporação leva à formação de bolhas destas impurezas (espuma) que podem ser arrastadas com o vapor (“priming”), causando problemas nos equipamentos a jusante e diminuindo a sua eficiência. Para resolver esta questão deve-se manter uma concentração de sólidos dissolvidos baixa e controlar a alcalinidade e o pH da água. Algumas técnicas frequentemente usadas são a filtração, a troca iónica e “softening”.

**Alguns contaminantes e possíveis tratamentos**

Os principais objetivos do tratamento da água para alimentação das caldeiras é evitar a formação de espumas e depósitos, “priming” e a corrosão. Antes sequer de pensar nos tratamentos que serão feitos à água, é necessário escolher a fonte dessa mesma água que se quer o mais pura possível pelo menor preço, sendo a dicotomia preço / qualidade de extrema importância. Algumas das possíveis fontes são a água da rede, efluentes de ETAR’s, água proveniente de uma torre de refrigeração dentro da planta, lençóis de água subterrâneos e de superfície.

**Tabela 2-** Impurezas frequentemente detetadas na água, respetivos problemas que causam nos equipamentos e como preveni-los.


Finalmente, existem limites máximos recomendáveis para a presença estes compostos na água para alimentação de caldeiras, de modo a garantir o bom funcionamento do equipamento. A Associação Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME) publicou uma lista para auxiliar as empresas, podendo-se encontrar alguns dos parâmetros recomendados na Tabela 3.

**Tabela 3-** Limites recomendados pela ASME para alguns contaminantes presentes na água para diferentes gamas de pressão de operação da caldeira.


Como é possível observar, à medida que a pressão de operação aumenta, a exigência na pureza da água também aumenta. A maioria destes compostos, quando sujeitos a temperaturas elevadas, podem causar acumulação de depósitos, corrosão, fouling e incrustações, sendo crucial removê-los ou transformá-los para garantir o normal funcionamento do equipamento e prolongar o seu tempo útil de vida. A melhor maneira de o fazer será segundo as recomendações para a qualidade da água do fornecedor da caldeira e consultar um perito desta área de intervenção.

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,


**Figura 5:** Unidade de tratamento de água para uso em caldeiras.*

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;

Os constituintes duma unidade de tratamento de água para torres de arrefecimento vão depender da qualidade e da composição da corrente influente. Este tipo de unidades de tratamento inclui:

- Clarificadores;

- **Tratamento Biológico Aeróbico**: São tratamentos que utilizam bactérias dentre outros microrganismos, que por meio de seu processo respiratório consomem a matéria orgânica. É um tratamento econômico e eficiente que degrada a matéria orgânica presente nos efluentes biodegradáveis. Os agentes biológicos são bactérias, protozoários e até mesmo algas que necessitam de oxigênio. Este tratamento é usado nos processos indústrias que se encontram na área alimentar e de bebidas, principalmente das bebidas que precisam da fermentação como é o caso das cervejarias. Tem como vantagens aumentar o rendimento na retirada da matéria orgânica e maior capacidade de absorver substâncias mais difíceis de se degradar. A maior desvantagem, entretanto, é a necessidade de uma grande área para a realização deste tratamento.

- **Tratamento Biológico Anaeróbio:** os tratamentos anaeróbicos são capazes de captar uma grande carga orgânica por unidade de volume. Estes por sua vez podem ser filtros anaeróbicos, reatores como os UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) ou RAFAs (Reatores Anaeróbios de Fluxo). Para este tipo de tratamento pode ocorrer a difusão de odores, os quais dependem do efluente a ser tratado, do controlo operacional do sistema e dos equipamentos usados neste procedimento. Como o tratamento converte gás carbônico em metano, um dos motivos do odor, recomenda-se que seja instalado ao final do tratamento queimadores de gás para amenizar a poluição que afeta a camada de azono. As vantagens do tratamento biológico anaeróbico são: um baixo consumo energético, trata-se altas cargas de substâncias orgânicas, não é necessário inserir ar no sistema de tratamento e se pode realizar em menores áreas comparativamente ao tratamento aeróbico. Apresenta como desvantagens, o facto de não precisar de ser feito a altas temperaturas o que pode limitar o tratamento, diminuindo a taxa de crescimento das bactérias anaeróbias e prolongando do tratamento.


**Figura 6**: Recirculação de lamas


**Figura 7:** Tanque de aeração/decantador **Uso da água nos equipamentos industriais**


**Figura 8**: Decantador secundário


**Figura 9:** Filtro de areia

Após a clarificação, ou seja, a remoção das lamas, a água ainda possui sólidos de pequenas dimensões que não foram eliminados em outras partes do tratamento, assim usa-se um filtro de areia que tem como objetivo a remover estas pequenas partículas e assegurar a qualidade da água.

**Indústrias que necessitam de tratamento específico da água**


**Figura 10:** Indústria petroquímica


**Figura 11**: Indústria têxtil

**Indústria farmacêutica**


**Figura 12**: Uso da água tratada para preparação de soluções

**Indústria de bebidas**


**Figura 13:** Uso da água tratada para a preparação da cerveja*

**Indústria de cosméticos**


**Figura 14:** Uso da água tratada no fabrico de cosméticos

**Indústria das tintas**

Os efluentes provenientes deste tipo de indústria podem ser bastante tóxicos e, por norma, apresentam elevada carga orgânica. O sistema de tratamento envolve processos físico-químicos aliados a processos biológicos aeróbios, com o objetivo de reduzir a toxicidade associada e a carga orgânica. Os processos mais comuns podem incluir:

- Tratamento primário: clarificação através da adição de coagulantes químicos e sedimentação/flotação;

**Indústria da Celulose e Papel:

O sistema de tratamento mais comum pode incluir os seguintes processos:

**Indústria siderúrgica**

Os efluentes provenientes de minas e pedreiras são essencialmente lamas de partículas de rocha na água. Operações que envolvem lavagem do carvão para separar o carvão da rocha nativa podem produzir efluentes contaminados por partículas finas de hematita e surfactantes.

**Indústria dos Curtumes**

Este tipo de efluente com características perigosas passa pelos tratamentos na ETAR e apresenta as seguintes etapas:

- Grandeza do Caudal de água a tratar;

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