mai 08, 2017 blogsadm Tratamento de Água Sem comentários

Utilização de CO2 como agente neutralizante em substituição de ácidos minerais fortes (HCl, H2SO4)

Os métodos tradicionais utilizados para efetuar a neutralização de efluentes alcalinos nos processos de produção e de não produção de ajuste do pH incluem ácido clorídrico, ácido sulfúrico, ácido nítrico e a utilização do coagulante como “ácido” (consultar o parágrafo “Redução da concentração de alumínio dissolvido nas ETAP através da utilização de CO2). No entanto, o armazenamento/manuseamento, os efeitos de corrosão que provocam e o custo destes ácidos constituem um problema. Atualmente, muitas indústrias e estações de tratamento de água estão a mudar ou a complementar estes processos utilizando CO2 (dióxido de carbono), tanto para pequenos caudais, como para grandes volumes.

DOSAGEM E FUNÇÃO DO CO2 COMO AGENTE NEUTRALIZANTE

Quando entra em contacto com a água, o CO2 produz ácido carbónico, segundo a reação:

Figura 1.b) Reação de dissociação do CO2 na água. Figura 1.b) Gráfico de equilíbrio.

Esta capacidade de ceder protões é o motivo pelo qual atua como ácido e, assim, como agente neutralizante. Além disso, consoante o pH (pH antes de dosear CO2), é libertado um ou dois protões H+, sendo ainda mais eficiente com níveis de pH de entrada elevados (> 8,5). Ao ser uma reação de equilíbrio (Figura 1b), esta dissociação forma um sistema tampão, comportando-se como ácido fraco e evitando reduções bruscas de pH abaixo dos 5,5, o que elimina os problemas de superacidez que os ácidos fortes provocam devido a erros instrumentais.

PRECISÃO NO CONTROLO DO pH E VANTAGENS OPERACIONAIS E CUSTO EM RELAÇÃO AOS ÁCIDOS MINERAIS

Para se obterem todas as vantagens operacionais e o ajuste de poupança de custos comparativamente à utilização de ácidos fortes (sobretudo HCl e H2SO4), é necessário dispor de equipamentos, ferramentas e serviços de dosagem e automatização que estejam à altura do objetivo da aplicação e dos tempos atuais da indústria, cada vez mais integrados no I2OT e Indústria 4.0.

A Nippon Gases otimiza o processo de neutralização com CO2, automatizando a difusão do dióxido de carbono mediante quadros de regulação com válvula proporcional (PID) segundo os requisitos do cliente e controlando os caudais e os tempos de dosagem através do sistema AqScan®, integrado no serviço AqServices (serviços de monitorização online, controlo, otimização, reprodução, consultoria e interpretação e resposta no tratamento de águas residuais). Por isso, a modificação do pH é progressiva e previsível face à natureza de descargas variáveis e permite um controlo exato do valor do pH pretendido. O AqScan® permite a monitorização dos testes a partir de qualquer dispositivo com acesso à Internet (computador, tablet, telemóvel, etc.), acedendo tanto aos dados imediatos como ao histórico de dados (Gráfico 1).

Gráfico 1. Controlo do processo e caudais de CO2 com a ferramenta AqScan®.

Uma vez que o CO2 forma um ácido fraco em solução aquosa, é possível evitar os graves problemas causados pelo funcionamento incorreto do medidor de pH, que, no caso do ácido sulfúrico, pode implicar diminuir o valor do pH até valores fora de controlo.

Além disso, com base na estequiometria de reação de neutralização e nos pesos moleculares (PM), segundo o tipo de ácido mineral com o qual se compara a sua percentagem de pureza, o consumo de CO2 é consideravelmente menor e, por conseguinte, economicamente mais atrativo. As instalações são efetuadas em função do consumo estudado previamente, podendo a Nippon Gases dar suporte tanto para caudais mínimos (gás comprimido), como para grandes caudais de dosagem.

Gráfico 2. Comparação do processo de neutralização do CO2 com ácidos fortes.

Vantagens adicionais da substituição de ácido clorídrico ou sulfúrico por dióxido de carbono:

  • Maior estabilidade no tratamento posterior, quer seja de produção ou no próprio processo de depuração (melhora a estabilidade do tratamento físico-químico e/ou biológico).
  • Maior duração dos equipamentos utilizados. O CO2 não é corrosivo, o que previne a deterioração da tubagem e dos equipamentos que estão em contacto direto com o CO2 ou os seus ácidos derivados. Além disso, a sua solubilidade em água é muito elevada (1,72 g/l a 20 ºC e 101,3 kPa), dissolvendo-se rapidamente em água, em especial se for água limpa. A elevada viscosidade do ácido sulfúrico é uma fonte contínua de problemas nas bombas de dosagem, especialmente quando se trabalha a baixas temperaturas, momento em que o ácido sulfúrico adquire a sua maior viscosidade, sendo necessário um isolamento térmico para o seu melhor manuseamento, com o consequente consumo energético e necessidade adicional de manutenção de outra instalação anexa ao controlo do pH.
  • Segurança da própria instalação, dado os perigos de danos que ocorrem na própria construção civil durante a utilização e manipulação dos ácidos minerais.
  • Melhoria das condições operacionais, eliminando o risco de vapores tóxicos, queimaduras e a utilização de dispositivos de segurança e proteção pessoal. Além disso, por ser um gás criogénico, o CO2 não apresenta problemas de congelação.
  • Investimento reduzido. Os sistemas de difusão de CO2 adaptam-se bem a qualquer tipo de instalação, não requerendo equipamentos complexos.
  • Redução da condutividade ou concentração de sulfatos gerados devido à utilização de HCl ou H2SO4, valores legislados pelo Real Decreto 140/2003.

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