Abrandamento de água

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CARACTERÍSTICAS DE ÁGUA PARA 
INDÚSTRIA 
Profa Dra Ruth Vidal 
Água na Indústria 
• A qualidade das águas utilizadas para o abastecimento 
público não apresenta muitas vezes características 
compatíveis com as necessárias a um uso industrial . 
 
• Para cada uso específico da água devem ser 
estabelecidos parâmetros de qualidade adequados. 
 
• Desta forma, um tratamento de potabilização da água 
pode não ser o mais adequado para o uso em processos 
que exijam água desmineralizada (deionizada). 
 
• A gestão de águas mais eficiente é aquela que aplica um 
tratamento de águas compatível com o uso subseqüente. 
 
Usos industriais da água 
• Alimentação de caldeiras, 
• Refrigeração e 
• Água de processamento. 
 
Dureza da água 
• O termo dureza foi originado em razão da dificuldade 
no processo de lavagem de roupas, com águas 
contendo elevada concentração de certos íons 
minerais; 
• Isto era resultado da capacidade deste íons reagirem 
com sabões, evitando a formação de espuma; 
• Na reação eram formados sabões insolúveis, que 
precipitavam. 
 
Dureza da água 
• Além de reagir com sabões, a 
dureza da água pode resultar na 
formação de incrustações em 
tubulações e dispositivos de 
troca térmica. 
Dureza da água 
• A dureza é resultado da presença de íons bivalentes, 
destacando-se o cálcio e o magnésio; 
• Outros íons também podem atribuir dureza a água: 
• Ferro; 
• Manganês; 
• Estrôncio; 
• Bário; 
• Zinco; 
• Alumínio 
Medida da dureza 
• Em tratamento de água a dureza é expressa em 
concentração equivalente ao carbonato de cálcio (mg/L); 
• Ela pode ser designada de várias maneiras: 
• Dureza total: soma da concentração de todos os íons 
responsáveis pela dureza; 
• Dureza devida a carbonatos: parcela relacionada a presença 
de sais na forma de carbonatos (HCO3
-, CaCO3); 
• Dureza devida a não carbonatos: parcela devida a sais 
diferentes: 
• Sulfato de cálcio, cloreto de cálcio, sulfato de manganês e 
cloreto de manganês. 
Classificação das águas em função da dureza 
• Com relação a concentração de dureza, a água pode ser 
classificada em quatro categorias: 
Classificação 
Dureza 
(mg CaCO3/L) 
Branda < 75 
Dureza moderada 76 - 150 
Dura 151 - 300 
Muito dura > 300 
Fatores associados à dureza 
• Para o controle da corrosão e incrustações em redes de 
água, o controle da dureza devido a carbonatos é muito 
importante; 
• Em função do equilíbrio entre carbonatos a água pode ser 
corrosiva ou incrustante: 
• Se a água tiver tendência para solubilizar carbonato ela é 
considerada corrosiva; 
• No caso de haver tendência para precipitação de carbonato a água 
e considerada incrustante. 
• Isso pode ser verificado pelo Índice de Saturação de 
Langelier; 
Equilíbrio de Carbonatos
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0 2 4 6 8 10 12 14
pH
Fr
aç
ão
 M
ol
ar
Ácido Carbônico Bicarbonato Carbonato
Índice de Langelier 
 O índice de Langelier, ou Índice de 
Saturação mede a tendência de 
corrosividade ou incrustação de uma água: 
 IS = pH – pHs 
 IS = 0 (sem tendência para corrosão ou 
deposição); 
 IS < 0 (água com características corrosivas); 
 IS > 0 (água com característica incrustante). 
pH de Saturação em função das Constantes de 
Solubilidade e Equilíbrio de Carbonatos 




3
2
3
2
2
.log
]log[]log[
HCOCaS
SHCOCapKpKpH pss

• O fator S ajusta a equação para a verdadeira 
atividade dos íons na expressão de equilíbrio. 
• A expressão final é válida para uma faixa de pH 
variando entre 6,0 e 8,5. 
Coeficiente de Atividade 
TDSx
zi
i
.105,2
1
.).(5,0
log
5
2
1
2
1
2







i = coeficiente de atividade para a espécie iônica i 
 = força iônica da solução; 
zi = carga iônica da espécie i 
TDS = concentração de sólidos dissolvidos totais (mg/L) 
Ci = concentração da espécie iônica (M); 

i
ii zC ).(.
2
1 2
Valores de pKps, pK2 e S 
Temperatura 
(ºC) 
pK2 pKps 
S 
TDS (mg/L) 
50 150 400 1000 1500 
5 10,55 8,39 0,0825 0,137 0,210 0,300 0,345 
10 10,49 8,41 0,0832 0,138 0,211 0,303 0,348 
15 10,43 8,43 0,0838 0,139 0,213 0,305 0,351 
20 10,38 8,45 0,0845 0,140 0,215 0,308 0,354 
25 10,33 8,48 0,0854 0,142 0,217 0,311 0,358 
30 10,29 8,51 0,0861 0,143 0,219 0,314 0,362 
35 10,25 8,54 0,0869 0,144 0,221 0,318 0,366 
40 10,22 8,58 0,0879 0,146 0,224 0,322 0,370 
45 10,20 8,62 0,0888 0,148 0,226 0,325 0,375 
50 10,17 8,66 0,0898 0,149 0,229 0,329 0,379 
Fonte:Ronald L. Droste, 1997 
Dureza em águas de 
abastecimento 
• Para água de abastecimento público é recomendado que a 
dureza da água esteja entre 80 mg/L a 100 mg/L como 
CaCO3; 
• Águas com dureza superior ou para o caso de aplicações 
industriais, a dureza deve ser reduzida. 
 
Benefícios para redução da 
dureza 
• Redução da tendência de incrustação; 
• Redução do consumo de sabões e detergentes; 
• Remoção de metais pesados: 
• Elevação do pH; 
• Formação de complexos insolúveis. 
• Remoção de sílica e fluoretos; 
• Remoção de ferro e manganês; 
• Clarificação da água quando da precipitação dos íons 
responsáveis pela dureza. 
Remoção da dureza 
• O processo de remoção da dureza é conhecido como 
abrandamento; 
• O abrandamento pode ser feito de três formas: 
• Precipitação química  processo geralmente utilizado para 
águas com elevada concentração de dureza; 
• Troca catiônica  mais indicado para o caso onde a 
concentração da dureza seja baixa; 
• Processo de nanofiltração  utilização de membranas 
poliméricas. 
Vantagens e desvantagens dos 
processos de abrandamento 
• Precipitação química: 
• Vantagens: 
• Pode ser aplicado para águas com dureza elevada; 
• Possibilita remover da água outros contaminantes: 
• Alguns radionuclídeos; 
• Remoção de metais pesados e arsênio; 
• Clarificação da água; 
• Tecnologia bem estabelecida. 
• Desvantagens: 
• Utilização de produtos químicos; 
• Produção de lodo; 
• Necessidade de ajustes finais. 
Vantagens e desvantagens dos 
processos de abrandamento 
• Troca catiônica: 
• Vantagens: 
• Grande eficiência para remoção dos íons responsáveis 
pela dureza; 
• As resinas podem ser regeneradas; 
• Não há formação de lodo no processo. 
• Desvantagens: 
• Requer um pré-tratamento da água; 
• Ocorre saturação da resina, exigindo a sua regeneração; 
• Elevação da concentração de SDT na água; 
• Requer o tratamento do efluente da regeneração. 
Vantagens e desvantagens dos 
processos de abrandamento 
• Nanofiltração: 
• Vantagens: 
• Remove com eficiência íons responsáveis pela dureza; 
• Não requer a utilização de produtos químicos; 
• Ocorre a remoção de outros contaminantes, orgânicos e 
inorgânicos. 
• Desvantagens: 
• Tem uma menor produção de água em relação aos demais 
processos; 
• Requer um nível elevado de pré-tratamento; 
• Água com elevada dureza pode resultar em perda da 
eficiência do sistema; 
• Ocorre a geração de uma corrente de concentrado. 
Abrandamento por precipitação 
química 
• É utilizado o processo a base de cal (CaO) e carbonato de 
sódio; 
• A cal é utilizada para elevar o pH da água, fornecendo a 
alcalinidade necessária; 
• O carbonato de sódio pode fornecer a alcalinidade para 
reação e também os íons carbonato necessários. 
Reações envolvidas 
423324
4224
3223
23323
2323
23322
22
)()(
)()(
2)()(
22)()(
2)(
)(
SONaCaCOCONaCaSO
CaSOOHMgOHCaMgSO
CaCOOHMgOHCaMgCO
OHMgCOCaCOOHCaHCOMgOHCaCOOHCaHCOCa
OHCaCOCOHOHCa
OHCaOHCaO







Considerações 
• A utilização do CaO é mais indicada pois esta 
apresenta menor custo; 
• É possível utilizar também o hidróxido de sódio como 
alcalinizante, mas: 
• É um produto de custo mais alto; 
• A sua utilização resulta em um maior acréscimo na 
concentração de SDT na água final. 
 
-5,00
-4,00
-3,00
-2,00
-1,00
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
0 2 4 6 8 10 12 14
pH
Lo
g 
[C
a2
+ ]
Região de 
solubilidade
CaCO3(s)
Concentração de cálcio em função do pH, para o 
sistema CaCO3 
Consumo de produtos químicos para 
o abrandamento 
• A determinação do consumo de produtos considera 
as quantidades estequiométricas baseadas nas 
equações das reações químicas envolvidas; 
 
• Com base na análise química da água determina-se os 
tipos de dureza presentes; 
 
• Também é importante determinar a concentração de 
ácido carbônico. 
Consumo de produtos químicos para o 
abrandamento 
• Concentração de ácido carbônico: 
CxK
K
HHCO
COH
HHCOCOH
º25@103,4
]].[[
][
7
3
32
332






Consumo de produtos químicos para 
o abrandamento 
• Os cátions e ânions devem ser apresentados nas 
seguintes ordens: 
• Cátions: 
• Ca2+; Mg2+, Na+; K+ (caso necessário); 
• Ânions: 
• HCO3
-; SO4
2-; Cl-; NO3
- (caso necessário). 
• Para efeito de cálculo admite-se que a concentração 
de íons carbonato seja zero. 
Exemplo de cálculo 
Constituinte mg/L meq/L mM 
pH 7,8 
Ca2+ 96 4,79 2,395 
Mg2+ 19 1,56 0,78 
Na+ 18 0,78 0,78 
K+ 1,5 0,04 0,04 
HCO3
- 133 2,18 2,18 
SO4
2- 208 4,33 2,165 
Cl- 25 0,705 0,705 
H2CO3 5,2 0,17 0,084 
Análise de qualidade da água 
Diagrama de identificação 
1 2 3 4 5 6 10 
meq/L 
Ca2+ = 4,79 Mg2+ = 1,56 
HCO3
- = 2,18 SO4
2- = 4,33 
Na+ = 0,78 
Cl- = 0,705 
Dureza de cálcio por carbonato = 2,18 meq/L; 
Dureza de cálcio não carbonato = 2,61 meq/L; 
Dureza de magnésio não carbonato = 1,56 meq/L. 
Dosagens de Produtos Químicos 
Tipo de 
Dureza meq 
Ca(OH)2 Na2CO3 
meq/l mM meq/L mM 
H2CO3 0,19 0,17 0,84 0 0 
Ca-Carb. 2,18 2,18 1,09 0 0 
Ca-nCarb. 2,61 0 0 2,61 1,305 
Mg-Carb. 0 0 0 0 0 
Mg-nCarb. 1,56 1,56 0,78 1,56 0,78 
Total 6,52 3,91 1,945 4,17 2,085 
Para o caso da dureza de Mg não carbonato deve-se considerar a necessidade de reação com 
o cálcio do hidróxido 
Processos de Abrandamento 
• O abrandamento por precipitação química pode ser feito 
por: 
• Processo sem excesso de cal ou carbonato: 
• Específico para remoção de dureza devida ao cálcio; 
• Processo com excesso de cal ou carbonato: 
• Quando é feita a remoção de dureza devida a cálcio 
e magnésio; 
• Estes processos podem ser realizados em uma ou duas 
etapas; 
• Em todos os casos deve ser feito o ajuste da 
estabilidade da água. 
Processo de abrandamento em um único estágio sem ou com 
excesso de cal ou carbonato 
Cal 
Coagulante 
CO2 
Auxiliar de 
filtração 
Água Abrandada 
Pré-tratamento 
Lodo 
Abrandamento Recarbonatação 
Filtração 
Na2CO3 
Processo de abrandamento em dois estágios com excesso 
de cal ou carbonato 
Cal 
Coagulante CO2 
Auxiliar de 
filtração 
Água Abrandada 
Pré-tratamento 
Lodo 
1° Estágio 2° Estágio 
Filtração 
Na2CO3 
Coagulante 
Dimensionamento dos componentes 
do sistema de abrandamento 
• Nos processos de coagulação e sedimentação faz-se a 
utilização de equipamentos similares aos utilizados no 
processo de clarificação; 
• Mistura rápida: Geralmente feita em dispositivo 
hidráulico. 
• Floculação: Utilização de misturadores horizontais ou 
verticais (tipo turbina); 
• Tempo de detenção de 30 a 45 minutos; 
• Gradientes de floculação variados, podendo-se ter até 
três estágios; 
• O projeto deve facilitar a limpeza periódica.