Tratamentos de água de caldeira

O uso de vapor dentro da usina exige um tratamento mais avançado para a água de alimentação nas caldeiras. Tal procedimento tem-se tornado cada vez mais exigente devido à tendência de utilizar caldeiras de maior pressão para produzir maiores excedentes de energia elétrica, fazendo que tecnologias mais avançadas como a de osmose reversa sejam utilizadas para estes fins. Requerimentos nos parâmetros químicos de água são mostrados na Tabela 6.3.

98

Uma fonte adicional dentro da usina para a água de reposição das caldeiras de baixa pressão (menor que 31 bar) é o condensado de vapor vegetal de primeiro efeito, o qual contém alguns açúcares carregados mas é aceitável nesses níveis de pressão (ELIA NETO et al., 2009).

De modo geral, os processos de tratamento procuram manter a água da caldeira em meio básico não-aerado, ou seja, em meio com pH alto e completa isenção de Oxigênio Dissolvido (ELIA NETO et al., 2009).

No tratamento clássico, soda cáustica é utilizada para controle do pH. Sulfato de Sódio é dosado como um depurador de oxigênio no tanque do desaerador ou logo depois deste. Fosfato terciário de Sódio é dosado no tambor de vapor para capturar qualquer quantidade de dureza contida na água (REIN, 2007).

O processo de desmineralização ou deionização é o processo recomendado para a água utilizada nas caldeiras, para remover praticamente a totalidade dos íons presentes. A água passa em uma coluna de resinas catiônicas na forma H+ e em seguida em uma coluna com resina aniônica na forma OH-. Com o uso, estas resinas precisam ser regeneradas. Na regeneração das resinas catiônicas do ciclo hidrogênico utiliza-se uma solução ácida, que conferem um caráter ácido ao efluente deste tipo de coluna. Já para a regeneração da coluna aniônica do ciclo hidroxilas, utiliza-se uma solução de soda a 4% e temperatura de 25 a 50°C, para restaurar as moléculas da resina com relação aos íons OH- que foram cedidos durante a operação de desmineralização.

Figura 6.1. Evolução da Desmineralização da Água. Fonte: GE Infra Water(2009)

A desmineralização por troca iônica pode ser realizada por um método conhecido como trocador de leito misto. Um único vaso trabalha com resinas catiônica e aniônica adequadamente misturadas, obtendo água desmineraliz

O princípio de operação é o mesmo, mas, com as duas resinas misturadas, esse contato íntimo entre ambas consegue produzir uma água de qualidade superior, superando assim o sistema de leitos separados em qualidade de água produzida.

O trocador de leito misto pode ainda funcionar como polidor de um sistema de desmineralização por leitos separados, melhorando a água já desmineralizada

tempo de produção, o que necessitará sistema de leitos separados (AQUAFIL,

Como é visto na Figura 6.1, outra tecnologia utilizada com o fim de desmineralizar a água é a Ultrafiltração e a Osmose Reversa.

A Ultrafiltração (UF) é uma v

um liquido contra uma membrana semipermeável. Sólidos suspensos e solutos de alto peso 99

ução da Desmineralização da Água. Fonte: GE Infra Water(2009)

A desmineralização por troca iônica pode ser realizada por um método conhecido como trocador de leito misto. Um único vaso trabalha com resinas catiônica e aniônica adequadamente

obtendo água desmineralizada com valores abaixo de 1,0 µSiemens/cm.

O princípio de operação é o mesmo, mas, com as duas resinas misturadas, esse contato íntimo entre ambas consegue produzir uma água de qualidade superior, superando assim o

os separados em qualidade de água produzida.

O trocador de leito misto pode ainda funcionar como polidor de um sistema de desmineralização por leitos separados, melhorando a água já desmineralizada

o que necessitará de poucas regenerações entre as que são (AQUAFIL, 2010).

Como é visto na Figura 6.1, outra tecnologia utilizada com o fim de desmineralizar a água é a Ultrafiltração e a Osmose Reversa.

A Ultrafiltração (UF) é uma variedade de membrana na qual a pressão hidrostática força um liquido contra uma membrana semipermeável. Sólidos suspensos e solutos de alto peso

ução da Desmineralização da Água. Fonte: GE Infra Water(2009)

A desmineralização por troca iônica pode ser realizada por um método conhecido como trocador de leito misto. Um único vaso trabalha com resinas catiônica e aniônica adequadamente

iemens/cm.

O princípio de operação é o mesmo, mas, com as duas resinas misturadas, esse contato íntimo entre ambas consegue produzir uma água de qualidade superior, superando assim o

O trocador de leito misto pode ainda funcionar como polidor de um sistema de desmineralização por leitos separados, melhorando a água já desmineralizada, prolongando o que são necessárias ao

Como é visto na Figura 6.1, outra tecnologia utilizada com o fim de desmineralizar a água é

ariedade de membrana na qual a pressão hidrostática força um liquido contra uma membrana semipermeável. Sólidos suspensos e solutos de alto peso

100

molecular são retidos, enquanto a água e solutos de baixo peso molecular passam através da membrana. A ultra filtração pode ser utilizada como um pré-tratamento para a osmose reversa como uma barreira para partículas e microorganismos, removendo as substâncias causadoras de obstrução e danos (INGE, 2002).

A diferença entre Osmose Reversa (RO) e de outras tecnologias de membranas, envolve um mecanismo difusivo com o que resulta que a eficiência de separação é dependente da concentração do soluto entrante, a pressão e a vazão (CRITTENDEN et al., 2005). Na osmose reversa aplica-se uma pressão hidráulica superior à pressão osmótica de equilíbrio para promover a purificação da água. As membranas de osmose apresentam poros com diâmetro menor que 0,001 µm, e geralmente a pressão utilizada varia de 10 a 40 bar (ELIA NETO et al., 2009).

De acordo com a GE INFRA WATER (2009) quando comparado os custos de uma água clarificada por uma estação de tratamento convencional (ETA), com um processo de ultrafiltração, são obtidos custos de 0,18 R$/m3 e 0,13 R$/m3 respectivamente. Da mesma maneira, para o processo de purificação de água os custos de um processo de desmineralização com resinas a um processo de osmose reversa, resultam em 1,4 R$/m3 e 0,8 R$/m3 respectivamente. Destes valores, pode-se deduzir que a tecnologia de membranas terá grande influência nos sistemas de purificação de água para caldeiras de alta pressão que o setor sucroalcooleiro vem adotando.

O polimento do permeado resultante da Osmose Reversa pode ser feito utilizando um segundo passo de Osmose Reversa, Leito Misto ou Eletrodeionização.

Quando polimentado com um segundo passo de Osmose Reversa e previamente dosado com uma solução de NaOH, a condutividade final do permeado da segunda etapa de OR é menor que 0,5µs/cm. No leito misto a condutividade final resulta em valores menores que 0,2 a 0,5 µs/cm. A Eletrodeionização é um processo que por diferencial de potencial elétrico tem a capacidade de remover ou polir os sais da água, este processo não utiliza produtos químicos, e atinge condutividades menores que 0,063 µSiemens/cm (GE INFRA WATER, 2009).

101 6.3 Caracterização de fontes e aplicações

No Capitulo 4, nas Figuras 4.5 e 4.6, foram apresentadas características químicas reportadas por diversos autores na literatura para os efluentes das usinas. Como pode ser observado, estas possuem consideráveis variações, que dependem de diversos fatores como: práticas agrícolas, características da cana, tipo de colheita, tipo de limpeza da cana, taxa de embebição, aplicação de aditivos, e gerenciamento de reúsos.

ELIA NETO et al. (2009) apresenta as características principais dos efluentes gerados na indústria sucroalcooleira, estes valores são mostrados na Tabela 6.2.

Tabela 6.2. Resumo das características dos despejos de usinas e destilarias em geral. Fonte: ELIA NETO et al. (2009)

Quando comparado os dados registrados na Tabela 6.2, com os reportados nas Tabelas 4.2, 4.3 e 4.4 pode se observar a grande faixa de variação entre os dados reportados e entre os mesmos efluentes. Isto é explicado pelo tipo de matéria-prima utilizada para o processo (cana ou

pH T (°C) RS (mg/L) DQO (mg/L) DBO5 (mg/L) OG (mg/L)

Lavagem de cana 5-6 amb 5-10 280-700 180-500 0

7 < 30 < 0,5 0 0 -

6-7 45 < 0,2 20-80 10-40 0

Caldo para mosto 7 < 45 0 0 0 0

Dornas 7 < 35 0 0 0 0 Condensador 7 50-60 0 0 0 0 Total 7 50 0 0 0 0 8 80 50 - 100 200-300 100-150 0 Vapor escape 7 80 0 0 0 0 Vapor vegetal 5-6 60 a 80 0 600-1500 300-800 0 5-6 amb < 0,5 1000-3000 800-1500 >20 6-7 amb 5-20 600 300 - 4-4,5 80 3-5 25000-40000 15000-20000 8 Vinhaça e flegmaça Resfriamento Destilaria Características Físico-químicas Despejos Resfriamento de equipamentos(moendas,turbinas e turbogeradores)

Colunas barométricas e multijatos da fábrica

Lavagem de gases da caldeira Condensados

Limpeza de pisos e equipamentos Esgoto doméstico

102

melaço no caso das destilarias da Índia), pelo tipo de colheita (mecanizada ou manual), pelo sistema de limpeza(lavagem ou a seco), se é produzido etanol, se os circuitos de água são fechados, se são utilizadas práticas de reúso, pelo sistema de manuseio dos efluentes, pelo ponto onde foi tomada as amostras(por exemplo na saída das colunas barométricas ou nos tanques de recirculação), etc.

Como pode ser visto na Tabela 6.2, as características das correntes são bem diversas e vão desde efluentes com características similares à água bruta, como os condensados, que poderiam substituir as aplicações desta, até efluentes ácidos e com alto poder poluidor como a vinhaça. Da Figura 6.2 se observa que os condensados de vapor vegetal são as maiores fonte de correntes de água.

Figura 6.2 Correntes de água da usina modelada

O condicionamento mais utilizado para os condensados para reutilizá-los nas diferentes demandas de água na planta é o resfriamento, que pode ser feito por torres de resfriamento ou por lagoas de aspersão, tal escolha depende de particularidades. De acordo com REIN (2007), as considerações a serem seguidas são:

• A construção de Lagoas de Aspersão é de menor custo, consistindo somente de um conjunto de tubulações e aspersores.

20% 38% 10% 5% 5% 4% 4% 4% 4% 6%

Potencial de Água para Reuso Condensado de Vapor Vegetal de 1ero Efeito Vinhaça

Perdas de água de lavagem de cana

Condensado de Vapor Vegetal de 5to Efeito no Condensador Barometrico

Condensado de Vapor Vegetal de 4to Efeito Condensado de Vapor Vegetal de 3ero Efeito Condensado de Vapor Vegetal de 2do Efeito Condensado de Vapor Vegetal do Cozedor A Perdas Lavagem de gases

103

• As torres de resfriamento são mais compactas, utilizando menos espaço que as lagoas de aspersão.

• Os custos de operação das lagoas de aspersão são menores, porque não tem ventiladores a manter e porque o grande volume de água contido na lagoa geralmente não requer dosagem química.

• Os custos de tratamento químico são maiores nas torres de resfriamento e o controle de corrosão e de crescimento microbiológico é necessário.

• Se uma menor aproximação à temperatura de bulbo úmido é requerida por razões de economia de energia, as torres de resfriamento podem ser mas efetivas em termos de custo.

• As perdas por arraste são maiores nas lagoas spray e podem surgir perturbações em caso de condições de forte vento.

No caso da lavagem de cana, poucas usinas utilizam sistemas abertos de lavagem. Os mais comumente utilizados são os de recirculação da água de lavagem após decantação. Sendo necessária a manutenção do pH básico da água em recirculação para evitar a sua degradação e conseqüentemente corrosão dos equipamentos.

As águas de lavagem de gases de caldeira são geralmente mantidas em circuito fechado, requerendo decantação ou flotação do material suspenso, que podem ser feitas em caixas de areia ou por equipamentos mais compactos como os decantadores/flotadores de fuligem (DFF). Por sua baixa carga orgânica e seu alto teor de sólidos contidos, as purgas da águas de lavagem podem ser reutilizadas indiretamente, sendo ingressadas na ETA e podendo inclusive ajudar no tratamento de água bruta se o mecanismo de varredura for utilizado na etapa de coagulação.