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Abrandamento
� Remoção da dureza presente na água.
O que significa ÁGUA DURA?
Quais os problemas causados?
Como podemos eliminá-la?
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Água dura
� Presença de sais de Ca2+ e Mg2+, principalmente, bicarbonatos, sulfatos e cloretos.
Classificação da água quanto à dureza
Água [CaCO3], mg/L
Branda 0 – 75
Pouco dura 75 – 150
Dura 150 – 300
Muito dura > 300
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Dureza da água
� Reage com sabões
� Incrustações
Remoção da dureza da água
� Abrandamento químico – Adição de produtos químicos
� CaO; Ca(OH)2� Na2CO3
� Aplica-se em águas de elevada dureza (200 a 300 ppm CaCO3)
� Abrandamento a quente → maior eficiênciaDureza residual: 17 – 25 ppm CaCO3
� Abrandamento a frio → menor eficiência
Dureza residual: 30 – 85 ppm CaCO3
� Troca iônica (resinas catiônicas) – Maior remoção da dureza
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Abrandamento químico
� Produtos adicionados: CaO, Ca(OH)2 e Na2CO3
CaO + H2O � Ca(OH)2Ca(OH)2 + H2CO3 � CaCO3 � + 2 H2OCa(HCO3)2 + Ca(OH)2 � 2 CaCO3 � + 2 H2OMg(HCO3)2 + Ca(OH)2 � MgCO3 + CaCO3 � + 2 H2OMgCO3 + Ca(OH)2 � Mg(OH)2 � + CaCO3 �MgSO4 + Ca(OH)2 � Mg(OH)2 � + CaSO4CaSO4 + Na2CO3 � CaCO3 � + Na2SO4 �
Troca iônica
� Reação química que permite a remoção total dos sais dissolvidos, através da passagem da água por produtos que substituem os íons dos sais por íons de hidrogênio (H+) e hidroxila (OH–), equivalente por equivalente.
� Resinas de estireno (Sty)/divinilbenzeno (DVB) (copolímero Sty-DVB) contendo de 8 a 20% de DVB.
Microscopia ótica de resina Sty-DVB
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Troca iônica
� O que acontece quando a resina é colocada na água?
Incha � separação das cadeias poliméricas � difusãodos íons da solução aquosa para o interior da resina
� Dois tipos de resinas:
� CATIÔNICAS � Cátions trocáveis na superfície � Sítiosativos fixos apresentam carga negativa � Troca comcátions presentes na solução aquosa.
� ANIÔNICAS � Ânions trocáveis na superfície � Sítiosativos fixos apresentam carga positiva � Troca comânions presentes na solução aquosa.
Troca iônica
FONTE: https://www.ipen.br/biblioteca/slr/cel/0399
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Resina aniônica
Resina catiônica
Tipos de resinas de troca iônica
� Dois principais grupos:
� Resinas catiônicas
� Fortemente ácida (CFA)
� Fracamente ácida (CfA)
� Resinas aniônicas
� Fortemente básica (AFB)
� Fracamente básica (AfB)
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Tipos de resinas de troca iônica
� Grupos funcionais (sítios ativos)
Resinas catiônicas (CFA e CfA)
� Resinas CFA → adequadas para abrandamento de água (removem dureza temporária e permanente) e também desmineralização, operando em uma ampla faixa de pH.
� Resinas CfA → não são adequadas para abrandamento, pois só removem a dureza temporária (Ca2+ e Mg2+ ligados aos íons bicarbonato e carbonato) e atuam em faixa de pH de neutro para alcalino.
FONTE: https://www.snatural.com.br/resinas-troca-ionica-2/
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Resinas aniônicas (AFB e AfB)
� Resinas AFB → Remoção de ânions fracamente ionizáveis (sílica e bicarbonato). Aplicadas em desmineralização da água e remoção seletiva de flúor.
� Resinas AfB → Removem ânions de ácidos fortes (cloreto, sulfato e nitrato). Aplicadas em desmineralização da água. Atuam em faixa de pH ácido.
FONTE: https://www.snatural.com.br/resinas-troca-ionica-2/
Capacidade de troca das resinas
� A capacidade de troca das resinas está relacionada à quantidade de sítios ativos presentes nela.
� Quando todos esses sítios estão ocupados, a resina está saturada.
� Esta quantidade de sítios ativos depende, também, do nível de regeneração das resinas.
� Este nível de regeneração está associado à concentração da solução regenerante.
� Quanto mais concentrada for a solução de regeneração, maior será a capacidade de troca das resinas.
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Ca Ca MgNa2
MgNa2Resina trocadora
do cátion H+
Solúvel Insolúvel Insolúvel Solúvel
(HCO )23- + 2HR R2 + 2 H2O + 2 CO2
Ca Ca MgNa2
MgNa2Resina trocadora
do cátion H+
Solúvel Insolúvel Insolúvel Solúvel
SO42-
(Cl-)2+ 2HR R2 + H2 SO4
Cl2
Troca iônica – Resina catiônica
Regeneração da resina catiônica
Ca MgNa2
Insolúvel Solúvel Insolúvel Solúvel
2HR + Ca
SO4MgNa2
R2 + H2SO4Resina trocadorado cátion H+
Troca iônica – Resina catiônica
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Resina trocadorado ânion OH-
Solúvel Insolúvel Insolúvel
H2SO4 + 2 R4NOH (R4N)2SO4 + 2 H2O
Regeneração da resina aniônica
Insolúvel Solúvel Insolúvel Solúvel
Resina trocadorado ânion OH-
Troca iônica – Resina aniônica
Abrandamento por troca iônica
� A água passa em um leito de resina catiônica forte.
� Nesta aplicação, as resinas estão condicionadas na forma sódica - Os íons Ca2+ e/ou Mg2+ na água são retidos no grupamento do ácido sulfônico e os íons sódio, (Na+) da resina são liberados para a água.
2 R-Na + Ca2+ → R2-Ca + 2 Na+
2 R-Na + Mg2+ → R2-Mg + 2 Na+
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Abrandamento por troca iônica
FONTE: https://www.snatural.com.br/resinas-troca-ionica-2/
� Quando todos os íons sódio presos ao grupamentodo ácido sulfônico foram trocados por cálcio emagnésio, a resina se encontra no estado saturado enecessita, então, ser regenerada.
� Remoção de todas as espécies iônicas da água (deionização).
� 02 processos:
� Troca iônica
� Osmose reversa
Desmineralização (dessalinização)
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� Resinas catiônicas (CFA e CfA) e aniônicas (AFB e AfB).
� A água que será submetida ao processo de desmineralização passa opcionalmente por um filtro de carvão .
Remover íons de cloro, implicando assim em um aumento da vida útil das resinas.
� Leitos individuais, mistos ou combinação destes.
Desmineralização por troca iônica
H+
OH-
Resina Catiônica
Resina Aniônica
Saída de Água
Água de Alimentação
Leito de Resinas
H2O
H2ONa+
Ca2+
Na+H2O
CO32-
Mg2+OH-
Cl-Ca2+
SO42-K+
HCO3-
H+
H+
H+
OH-
OH-
H+
H+
H+
OH-
OH-
OH-
OH-
OH-
H2O
H2O
H2O
H2OH2O
Cl- H2O
Representação do processo de troca iônica
"Sistema de desmineralização" em Iturama - MG (100 m3/h)
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� Remover sais dissolvidos na água.
� Empregam-se membranas sintéticas porosas com tamanho de poros bem pequenos que retém os sais dissolvidos na água.
� Reduz a necessidade de regeneração dos leitos de troca iônica;
� Redução de despesas (não utiliza produtos químicos) e manutenção destes leitos.
Desmineralização por osmose reversa
Água p
ura
Água salg
ada
Osmose reversa – Inversão do fluxo osmótico
Osmose
Membrana semi-impermeável
Osmose reversa
Membrana semi-impermeável
Água salg
ada
Água p
ura
Pressão > Posmótica
Retém os saisPermeável à água
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Osmose reversa� Conjunto de membranas
semipermeáveis (poliamida com polissulfona), enroladas em forma de espirais.
Fonte - http://www.snatural.com.br/membranas-ultrafiltracao-filtracao-agua/
FONTE: https://www.ferran.com.br/o-que-e-osmose/
FONTE: https://br.freepik.com/vetores-premium/poros-da-membrana-da-osmose-reversa_2196005.htm
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Capacidade dos processos de separação por membranas
FONTE: https://www.meiofiltrante.com.br/Artigo/1120/membranas-meio-filtrante-de-tecnologia-avancada
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FONTE: http://www.cerb.ba.gov.br/sites/www.cerb.ba.gov.br/files/sala_de_imprensa/publicacoes/MANUAL%20DESSANILIZADOR[1].pdf
Sistema de dessalinização por osmose reversa
FONTE: https://betaeq.com.br/index.php/2019/09/04/a-potabilizacao-da-agua-do-mar-e-uma-realidade/
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TABELA DE REJEIÇÃO ÀS IMPUREZASÍon Rejeição Íon Rejeição
95/99% Cálcio 92/97% Nitrato
94/99% Sódio 85/97% Amônia
95/99% Magnésio 100% Bactérias
94/99% Chumbo 61/92% Borato
97/99% Manganês 67/95% Boro
97/99% Ferro 97/99% Cádmio
97/99% Alumínio 97/99% Cloreto
97/99% Cobre 95/99% Cromato
96/99% Mercúrio 97/99% Níquel
95/99% Radioatividade 92/97% Cianureto
98/99% Pesticidas 97/99% Sílica
95/99% Prata 96/99% Fluoreto
97/99% Fosfato 97/99% Zinco
97/99% Sulfato 98/100% Orgânicos
95/99% Dureza Ca2+ e Mg2+ 87/94% Potássio
96/99% Estrôncio 96/99% Bário
97/98% Cromo 95/99% Bicarbonato
87/94% Brometo 98/99% Ferrocianeto
85/90% Silicato 97/99% Arsênio
O que um sistema de osmose reversa elimina da água em percentuais?
FONTE: https://www.ferran.com.br/o-que-e-osmose/
FONTE; Dados adaptados da Associação Internacional de Dessalinização (IDA), 2019) - https://betaeq.com.br/index.php/2019/09/04/a-potabilizacao-da-agua-do-mar-e-uma-
realidade/
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Descloração
� Dois casos onde a água deve ser desclorada:
� Para fim de água potável - Água contaminada pordespejos domésticos ou com muita matéria orgânica� superclorada durante os primeiros estágios dotratamento ⇒ Necessitam ser descloradas erecloradas em níveis mais baixos para envio aosconsumidores.
� Plantas de desmineralização (caso mais freqüente) � Cl2 ataca as resinas � provocando deterioração, perda ou diminuição de suas atividades.
� Processo de descloração mais comum:
Filtração sobre leito de CARVÃO ATIVO
2Cl2 + C + 2 H2O � 4 HCl +CO2
Descloração
Reage imediatamente com os sais de cálcio presentes na água � CaCl2 que é solúvel
Poroso
Adsorve o cloro livre.
É oxidado pelo cloro a CO2
É reduzido a Cl-
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FONTE: https://sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/antigas/2005/BIT05008.pdf
Carvão ativo
Remoção de impurezas gasosas
� CO2; H2S; CH4; O2
� Aeração
� Desaeração
� Adição de sulfito de sódio (Na2SO3) ou hidrazina (N2H4)
� Processos físicos � Baseiam-se na diminuição de solubilidade do
gás e sua consequente separação da água;
� Processos químicos � Oxidação ou redução dos compostos
gasosos.
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Aeração
Torres de aeração
� Colocar a água em contato estreito com o ar;
� Transferir substâncias voláteis da água para o ar;
� Permite a remoção de CO2, H2S, CH4 e outras substâncias voláteis.
Desaeração ou deaeração
Desaerador
� Aumento da temperatura da água � redução da solubilidade dos gases na água (O2, CO2).
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Remoção química de O2
� Adição de hidrazina (N2O4) ou sulfito de sódio (Na2SO3)
N2H4 + O2 � N2 + 2 H2O
Na2SO3 + ½ O2 � Na2SO4