Um engenheiro de planta abre o depósito de tratamento e encontra duas dúzias de tambores: HEDP, toliltriazol, uma “mistura inibidora para torre de resfriamento”, poliacrilamida, sulfito de sódio, um antiespumante, três biocidas. Enquanto isso, a torre de resfriamento está incrustando, um trocador de calor está com pites de corrosão, o refluxo do clarificador corre ralo e a bacia de equalização de águas residuais está transbordando de espuma. Cada um desses problemas tem uma química diferente por trás. Compre da categoria errada e você desperdiça dinheiro; pior ainda, você pode agravar um problema, porque um coagulante não faz nada contra incrustação e um antincrustante não faz nada contra corrosão. Este guia mapeia as principais categorias de produtos químicos para tratamento industrial de água quanto ao que cada um faz e a qual sistema pertence.
A versão resumida: Os produtos químicos para tratamento industrial de água se enquadram em aproximadamente oito famílias funcionais: coagulantes e floculantes (clarificação), inibidores de incrustação / antincrustantes (fosfonatos e polímeros), inibidores de corrosão (azóis, molibdato, fosfonatos), biocidas (químicas oxidantes e não oxidantes de controle microbiano), sequestrantes de oxigênio (sulfito), ajustadores de pH e alcalinidade, quelantes / sequestrantes (EDTA, gluconato), e antiespumantes / desespumantes. Os quatro grandes sistemas que atendem são clarificação de água bruta, água de resfriamento, água de caldeira, e águas residuais, e cada sistema usa um subconjunto diferente. Não existe um programa universal: a mistura correta depende da sua análise de água, da sua metalurgia e dos seus limites de descarte, e precisa ser validada por testes contínuos.
As categorias em resumo
| Função | Classe química | Exemplos de produtos | Sistema(s) principal(is) |
|---|---|---|---|
| Clarificação (coagulação / floculação) | Coagulantes inorgânicos; polímeros catiônicos / aniônicos | PAC, poliacrilamida | Água bruta / clarificação, águas residuais |
| Controle de incrustação (antincrustante) | Organofosfonatos, policarboxilatos | HEDP, ATMP | Resfriamento, caldeira, membrana |
| Controle de corrosão | Azóis de metais amarelos, molibdato, fosfonatos | Toliltriazol (TTA), molibdato de sódio | Resfriamento, processo |
| Controle microbiano (biocida) | Oxidantes; não oxidantes | Isotiazolinona (CMIT/MIT), DBNPA | Resfriamento, águas residuais |
| Sequestro de oxigênio | Sulfito / bissulfito | Sulfito de sódio | Água de alimentação de caldeira |
| Ajuste de pH / alcalinidade | Álcalis, ácidos minerais, cal | Soda cáustica, ácido, cal | Todos os sistemas |
| Quelação / sequestração | Aminopolicarboxilatos, hidroxicarboxilatos | Gluconato de sódio, EDTA | Caldeira, limpeza, processo |
| Controle de espuma | Desespumantes de silicone e não silicone | Emulsão antiespumante de silicone | Resfriamento, águas residuais, processo |
Clarificação: coagulantes e floculantes
A água superficial bruta e a maioria das águas residuais carregam sólidos em suspensão e coloides finos demais para decantar por conta própria. A clarificação os remove em duas etapas. Um coagulante (um sal inorgânico como o policloreto de alumínio (PAC) ou sulfato de alumínio, ou um polímero catiônico de baixo peso molecular) neutraliza a carga superficial negativa que mantém os coloides separados, de modo que eles colidem e formam micro-flocos. Um floculante, tipicamente uma poliacrilamida (PAM)de alto peso molecular, então une esses micro-flocos em flocos grandes e densos que decantam ou filtram rapidamente. A divisão é mecanística: coagulante = neutralização de carga, floculante = adsorção e ligação em ponte, razão pela qual os dois são geralmente dosados em sequência, e não como um único produto.
A dosagem é definida por teste de jarros na sua água real, não por uma taxa genérica, porque a demanda de carga varia com a turbidez e os orgânicos. Comece a otimização por aí. O detalhamento completo de coagulante versus floculante, incluindo tipo de carga e ordem de alimentação, está no nosso guia de coagulantes versus floculantes.
Controle de incrustação: antincrustantes
Quando a água é concentrada por evaporação (torres de resfriamento) ou calor (caldeiras), a dureza dissolvida excede sua solubilidade e precipita como incrustação (carbonato de cálcio, sulfato de cálcio, sílica) nas superfícies mais quentes, onde isola e obstrui o fluxo. Os antincrustantes atuam em doses sub-estequiométricas por inibição por limiar e distorção de cristal: algumas partes por milhão de um organofosfonato como o HEDP (Ácido 1-hidroxietilideno-1,1-difosforoso) (PubChem: ácido etidrônico) ou ATMP (Ácido amino trimetileno fosforoso) interfere na nucleação e no crescimento dos cristais, de modo que a incrustação permanece em solução em vez de se depositar. Dispersantes policarboxilatos costumam ser incorporados à mistura para manter os sólidos precipitados em suspensão.
O compromisso a observar: os fosfonatos controlam bem a incrustação, mas adicionam fósforo à purga, e muitas licenças de descarte limitam o fósforo, portanto verifique o limite do seu efluente antes de aumentar a dose. Os fosfonatos também contribuem para o controle da corrosão, razão pela qual os programas de incrustação e corrosão se sobrepõem. A seleção conforme a química da água e os ciclos de concentração é abordada em nosso guia de inibidores de incrustação e antiincrustantes.
Controle de corrosão: inibidores
A corrosão ataca o próprio metal: tubulações de aço-carbono, trocadores de calor de liga de cobre, o casco da caldeira. Os inibidores protegem formando um filme passivador ou adsorvido. Três famílias fazem a maior parte do trabalho em água de resfriamento e de processo. Inibidores de metais amarelos (azóis como o tolyltriazol (TTA) e benzotriazol) quimissorvem sobre o cobre e o latão formando um filme protetor, e são eficazes em baixas concentrações de poucos ppm. Inibidores anódicos como o molibdato de sódio passivam superfícies de aço e são amplamente utilizados como alternativa aos programas mais antigos à base de cromato e nitrito. Fosfonatos (a mesma família HEDP/PBTC usada para incrustação) também depositam um filme protetor sobre o aço.
Estes são dosados juntos em um programa combinado com o inibidor de incrustação e um azol para metais amarelos, pois proteger o aço ignorando o cobre apenas desloca a falha. Ajuste o pacote de inibidores a cada metalurgia presente no circuito e verifique-o com cupons de corrosão em vez de supor. Nosso guia de inibidores de corrosão para água de resfriamento e de processo detalha as opções de azol, molibdato e fosfonato.
Controle microbiano: biocidas
A água morna, aerada e portadora de nutrientes, sobretudo a de resfriamento, favorece o crescimento microbiológico e o biofilme que incrusta superfícies de troca térmica, abriga corrosão sob depósitos e provoca corrosão influenciada por microrganismos. Os programas industriais de controle microbiano usam duas famílias. Biocidas oxidantes são químicas à base de cloro e bromo; o cloro normalmente é aplicado abaixo de cerca de pH 8, enquanto o bromo mantém melhor a atividade em pH mais alto. Biocidas não oxidantes atuam por mecanismos não oxidativos e incluem isotiazolinonas (CMIT/MIT), DBNPA (2,2-dibromo-3-nitrilopropionamida), glutaraldeído e compostos de amônio quaternário. As duas famílias costumam ser alternadas para que a população microbiana não fique exposta continuamente a uma única química.
Duas restrições honestas. Primeiro, os biocidas oxidantes são rápidos e baratos, mas mais agressivos aos metais e podem degradar alguns inibidores orgânicos, portanto precisam ser equilibrados com o programa de corrosão. Segundo, e inegociável nos EUA: qualquer produto comercializado para uso antimicrobiano é regulado como pesticida sob a FIFRA e deve estar registrado na EPA para o uso e o local de aplicação específicos (requisitos da EPA para pesticidas antimicrobianos). Confirme se o registro cobre o seu sistema e siga o rótulo registrado antes de usar qualquer biocida.
Sequestro de oxigênio
O oxigênio dissolvido é o principal agente de corrosão na água de alimentação de caldeiras. A desaeração mecânica remove a maior parte dele; um sequestrante de oxigênio remove o residual. Sulfito de sódio reage com o oxigênio dissolvido formando sulfato (PubChem: sulfito de sódio), reduzindo o oxigênio disponível para causar pites nas linhas de água de alimentação e no metal da caldeira; o bissulfito é usado da mesma forma. O sulfito é padrão em caldeiras de baixa e média pressão. Sistemas de alta pressão geralmente passam a sequestrantes voláteis, pois o sulfito adiciona sólidos dissolvidos e pode se decompor a alta temperatura. Mantenha um residual mensurável de sequestrante na água de alimentação em vez de dosar a uma taxa fixa, já que a entrada de oxigênio varia com a carga.
Ajuste de pH e alcalinidade
Quase todo programa depende do pH. Álcalis (soda cáustica, carbonato de sódio ou cal) elevam o pH e a alcalinidade; ácidos minerais os reduzem. As metas diferem conforme o sistema: a água de resfriamento é mantida em uma faixa que controla tanto a incrustação quanto a corrosão, a água de caldeira é operada em condição alcalina para proteger o aço, e a clarificação tem uma janela ótima de pH em que o coagulante funciona. A cal também cumpre dupla função no abrandamento e na precipitação de metais pesados. Defina o ponto de controle de pH a partir da mesma análise de água que orienta o restante do programa, pois alterar o pH desloca simultaneamente a tendência à incrustação e à corrosão.
Quelação e sequestro
Quelantes e sequestrantes ligam íons metálicos (cálcio, magnésio, ferro, cobre) em complexos solúveis estáveis, de modo que os metais não podem precipitar como incrustação nem interferir em outras químicas. EDTA forma complexos fortes com íons de dureza e de metais pesados e é usado no tratamento de caldeiras e em formulações de limpeza; gluconato de sódio é um sequestrante de hidroxicarboxilato que retém bem cálcio e ferro em condições alcalinas e é comum em produtos de limpeza alcalinos e como retardador de pega. A distinção em relação a um antincrustante importa: um quelante liga o íon metálico na proporção de um para um (estequiométrico), então é dosado conforme a carga de dureza, enquanto um antincrustante de limiar atua com poucos ppm. Isso torna os quelantes caros para aplicações de alta dureza, e quelantes fortes em superdosagem podem atacar o metal base, o que é um dos motivos pelos quais o gluconato é frequentemente escolhido onde seu complexo mais fraco e mais biodegradável é suficiente.
Controle de espuma
A espuma em bacias de aeração, clarificadores e circuitos de resfriamento de alta velocidade arrasta sólidos sobre os vertedouros, contamina instrumentos e prejudica a transferência de gás. Um antiespumante desmancha a espuma existente e um supressor de espuma impede sua formação; o mesmo produto costuma fazer ambos. Emulsões antiespumantes de silicone são o carro-chefe porque pouco já rende muito e toleram uma ampla faixa de pH e temperatura, com opções sem silicone (à base de óleo e de poliéter) onde o arraste de silicone é uma preocupação a jusante. Dose na menor taxa efetiva e alimente continuamente na fonte da espuma em vez de aplicar em golpes na bacia, já que a superdosagem pode causar problemas nas membranas a jusante ou na água do produto.
Uma visão por sistema
A mesma categoria parece diferente dependendo do sistema que atende. Use isto para direcionar ao guia detalhado da sua aplicação.
- Clarificação de água bruta. A tarefa é a remoção de sólidos: um coagulante (PAC ou alúmen) mais um floculante de poliacrilamida, com ajuste de pH para o ótimo de coagulação. Comece com coagulantes vs floculantes.
- Água de resfriamento. Uma torre de recirculação aberta concentra tudo, então precisa da linha completa: inibidor de incrustação, inibidor de corrosão (aço e metal amarelo), um programa de biocida e frequentemente um antiespumante. Veja tratamento de água de torre de resfriamento, então os incrustação e corrosão aprofundamentos.
- Água de caldeira. As prioridades são a eliminação de oxigênio, o controle interno de incrustação/depósitos (fosfonato ou fosfato mais dispersante ou quelante), o controle de alcalinidade e a proteção do condensado. Veja tratamento de água de caldeira.
- Águas residuais. Coagulação e floculação para remoção de sólidos e metais, ajuste de pH para o licenciamento e supressão de espuma nas etapas aeradas. A química de clarificação é compartilhada com a água bruta; comece novamente com coagulantes vs floculantes.
Uma nota sobre água potável
Tudo acima trata de sistemas de água industriais . Produtos químicos dosados em água destinada ao consumo humano são uma categoria regulatória separada: nos EUA e no Canadá, são certificados conforme a NSF/ANSI/CAN 60 (Produtos Químicos para Tratamento de Água Potável: Efeitos à Saúde) (Produtos químicos NSF para tratamento de água potável). Se a sua aplicação for potável, especifique graus certificados NSF/ANSI 60 e confirme que a certificação cobre o produto e o uso; não presuma que um grau industrial se qualifica.
Não existe um programa único para todos
O mais difícil de aceitar sobre o tratamento de água é que a resposta certa é local. A mistura correta depende da química da água de reposição (dureza, alcalinidade, cloreto, sílica, ferro, carga microbiológica), dos ciclos de concentração, da metalurgia do sistema, da temperatura de operação e da sua licença de descarte. Duas plantas na mesma rua podem precisar de programas diferentes porque uma usa água da cidade e a outra usa água de poço. Portanto, a sequência é sempre a mesma: obtenha uma análise atual da água, selecione as categorias que o sistema realmente precisa, dose até um ponto de controle medido (residual de inibidor, residual de eliminador, contagem microbiológica) e valide com monitoramento (cupons de corrosão, verificações de depósito, testes de jarro) em vez de confiar em uma taxa de rótulo. As categorias neste guia dizem quais ferramentas existem; a água diz quais usar.
Compra de produtos químicos para tratamento de água
A RawSource fornece a linha completa em todas as categorias acima para tratamento de água formuladores e usuários finais: coagulantes e floculantes, antincrustantes de fosfonato, inibidores de corrosão, ativos de controle microbiano, sequestrantes de oxigênio, sequestrantes, e antiespumantes, disponíveis em tambores, IBCs e a granel com documentação de CoA. Envie-nos a sua análise de água e o sistema que está tratando (resfriamento, caldeira, clarificação ou águas residuais), a sua metalurgia e os seus limites de descarte, e solicite amostras para qualificar um programa com a sua própria água.
Perguntas frequentes
Quais produtos químicos são usados no tratamento de água?
O tratamento industrial de água usa cerca de oito famílias funcionais: coagulantes e floculantes para clarificação; inibidores de incrustação (antincrustantes) como os fosfonatos; inibidores de corrosão como azóis e molibdato; biocidas para controle microbiano; eliminadores de oxigênio como o sulfito de sódio; ajustadores de pH e alcalinidade; quelantes e sequestrantes como EDTA e Gluconato de sódio; e antiespumantes ou supressores de espuma. Quais são usados em uma dada planta depende do sistema e da água.
Quais são os principais tipos de produtos químicos para tratamento de água?
Por função: clarificação (coagulantes, floculantes), controle de incrustações (antincrustantes), controle de corrosão (inibidores), controle microbiano (biocidas), sequestro de oxigênio, ajuste de pH e alcalinidade, quelação ou sequestro, e controle de espuma. Por sistema, são agrupados em programas de clarificação de água bruta, água de resfriamento, água de caldeira e águas residuais, cada um usando um subconjunto diferente dessas funções.
Qual é a diferença entre produtos químicos para água de resfriamento e água de caldeira?
A água de resfriamento (uma torre recirculante aberta) concentra minerais dissolvidos por evaporação e está exposta ao ar e à biologia, portanto necessita de inibidores de incrustação, inibidores de corrosão tanto para aço quanto para ligas de cobre, um programa de biocida e, frequentemente, um antiespumante. A água de caldeira é um sistema de vapor fechado e de alta temperatura onde o oxigênio dissolvido é a principal ameaça, portanto as prioridades são o sequestro de oxigênio, o controle interno de incrustações e depósitos, o controle de alcalinidade e a proteção da linha de condensado. As químicas se sobrepõem (ambas usam controle de depósitos), mas a ênfase é diferente.
Qual é a diferença entre um coagulante e um floculante?
Um coagulante neutraliza a carga superficial de partículas suspensas finas e coloides para que se desestabilizem e formem microflocos; coagulantes comuns são o cloreto de polialumínio (PAC) e o sulfato de alumínio. Um floculante, geralmente uma poliacrilamida de alto peso molecular, então une esses microflocos em flocos grandes e densos que sedimentam ou filtram. Coagulante primeiro, floculante depois.
Os biocidas para tratamento de água são regulamentados?
Sim. Nos Estados Unidos, qualquer produto comercializado para uso antimicrobiano é regulamentado como pesticida sob a FIFRA e deve ser registrado na EPA para o uso e a aplicação específicos. Use apenas produtos registrados pela EPA, siga o rótulo registrado e confirme que o registro abrange seu sistema. Este guia descreve biocidas apenas como químicas industriais de controle microbiano, não para qualquer alegação de eficácia ou de saúde.
Esses produtos químicos podem ser usados para tratar água potável?
As químicas descritas aqui são para sistemas industriais de água. Os produtos químicos adicionados à água destinada ao consumo humano são uma categoria regulatória separada, certificada conforme a NSF/ANSI/CAN 60 nos EUA e no Canadá. Para aplicações potáveis, especifique graus certificados pela NSF/ANSI 60 e confirme que a certificação abrange o produto e o uso.
Nota editorial. Este artigo é uma orientação técnica geral para profissionais de tratamento industrial de água (resfriamento, caldeira, clarificação e águas residuais). Não constitui um projeto de programa de tratamento, uma alegação de eficácia, ou uma alegação de saúde, médica ou de segurança, e não aborda o tratamento de água potável, que é uma categoria regulatória separada (NSF/ANSI 60). A seleção de produtos químicos, a dose e o projeto do programa dependem da sua análise específica de água, metalurgia, condições operacionais e limites de descarga, e devem ser validados no seu próprio sistema. Biocidas e outros produtos antimicrobianos são regulamentados como pesticidas sob a FIFRA e devem ser registrados na EPA para o uso; siga sempre o rótulo registrado do produto e a Ficha de Dados de Segurança (FDS) atual, e confirme o status regulatório para sua aplicação e jurisdição. Os valores físicos e de dosagem são números de referência típicos, não uma especificação garantida; o Certificado de Análise rege o grau que você compra. Os produtos são vendidos apenas para uso industrial e profissional. A RawSource não oferece nenhuma garantia, expressa ou implícita, e não assume nenhuma responsabilidade pelo uso destas informações.