11

UFRJ – Universidade Federal do Rio de Janeiro

Faculdade de Farmácia – Graduação

TRATAMENTO DE ÁGUA

Disciplina: Tecnologia Industrial Farmacêutica (Física Industrial)

Professor: Dr. Lúcio Mendes Cabral

Mestrando: Marcos Giovani Rodrigues da Silva

Novembro 2009

22

PRIMEIRO MÓDULO(Tratamento de água para uso doméstico)

33

PROGRAMA A água no mundo

Tratamento da água para uso doméstico

Legislação (portaria n° 518 de 25/ 03/ 2004)

Sistema de abastecimento

Fases (captação, tratamento, reservação, adução e distribuição)

Padrões de qualidade (USP)

Contaminantes básicos

44

CURIOSIDADESTerra ( 70% de água)

97,5% é imprópria para o consumo ( água salgada )

2,5% água doce (35 milhões de km3): 69,5% (indisponíveis nas calotas polares, em neves eternas nas montanhas mais altas e em solos congelados). 30,1% (debaixo da terra, em lençóis freáticos). 0,4% (superfície da terra, rios e lagos, neblina, umidade da superfície do solo. lençóis subterrâneos e áreas congeladas).

(http: // www.moderna.com.br/moderna/didaticos/projeto/2006/1/mundo/)

55

CURIOSIDADES

SITUAÇÃO DA RESERVA DE ÁGUA DOCE POR PESSOA NO MUNDO

Ano Quantidade

1950 16,8 mil m3 

1998 7,3mil m3 

2018 (projeção) 4,8mil m3 

(http: // www.moderna.com.br/moderna/didaticos/projeto/2006/1/mundo/)

Tabela 1. Situação da reserva de água doce no mundo (UNESCO, 1999)

66

CURIOSIDADES

CONSUMO DOMÉSTICO DE ÁGUA POR ATIVIDADE

Atividade Quantidade (em litros)

Descarga no vaso sanitário tradicional 10 a 16

Minto no chuveiro 15

Lavar roupa no tanque 150

Lavar as mãos 3 a 5

Lavar roupa com máquina de lavar 150

Lavar louça em lava-louça 20 a 25

Escovar os dentes com água escorrendo 11

Lavagem do automóvel com mangueira 100

Tabela 2. Consumo Sustentável - manual de educação (MMA/IDEC).

77

ÁGUA – ”O OURO AZUL“

Classificação dos países, quanto ao volume de água renovável/ tamanho da população segundo à Organização das Nações Unidas (ONU):

“escassez” (< 1 milhão de litros por pessoa anualmente). Norte da África (Egito, a Líbia e a Argélia) e na Península Arábica (Arábia Saudita, a Síria e a Jordânia).

“água insuficiente” (China, com mais de 1 bilhão).

“água no limite” (entre 1 milhão e 1,7 milhão de litros por pessoa ao ano). A Índia, com cerca de 1 bilhão de habitantes.

O Brasil está no melhor grupo (>10 milhões de litros de água doce disponível por habitante anualmente), mas as maiores reservas estão no norte, longe das grandes cidades.

http://www.un.org/esa/sustdev/documents/agenda21/

88

ÁGUA – “O OURO AZUL”

Segundo a ONU, no ano 2050, o mundo terá uma população de 8,9 bilhões de pessoas, das quais 4 bilhões viverão em países com escassez crônica de água, o pior grupo.

Nesses países, a escassez de água poderá provocar problemas graves na saúde pública e inviabilizar o crescimento da economia e a geração de empregos.

A tecnologia mais promissora é a dessalinização da água dos mares e lagos salgados, que pode ser feita por meio da filtragem ou da destilação da água em usinas. De 1980 ao ano 2000, o preço do metro cúbico de água do mar dessalinizada diminuiu de 5,50 dólares para 55 centavos de dólar, e este parece ser o método que será o mais adotado.

http://www.un.org/esa/sustdev/documents/agenda21/

99

Causas da escassez: uso exagerado e despreocupado da população junto com o lançamento diário de substâncias poluentes, tanto domésticos quanto industriais, nos mananciais que restam. Campanhas, manifestações e propagandas dos mais diversos órgãos, sejam privados ou públicos - alertando para conservação do meio ambiente, evitando o desperdício de água e poluição de rios, lagos, lagoas e mares, além de incentivar uma mentalidade sustentável.

A Assembléia Geral das Nações Unidas decretou (1993), por meio de uma resolução, o 22 de março como sendo o Dia Mundial da Água.

ÁGUA – “O OURO AZUL”

http://www.un.org/esa/sustdev/documents/agenda21/

1010

CURIOSIDADES

Consumo de água no mundo

23%

6%

71%

Industrial Doméstico Agricultura

No século XX:No século XX:

A população mundial aumentou 03 vezes.A população mundial aumentou 03 vezes.O consumo de água aumentou 08 vezes.O consumo de água aumentou 08 vezes.

Figura 1. Consumo mundial de água, adaptado de CLARKE & KING (2005).

1111

TRATAMENTO DE ÁGUA

Para que fim ?

DOMÉSTICO

INDUSTRIAL

AGRICULTURA

H2OH2O

H2O

H2O

H2 OH

2 O

H2O

1212

TRATAMENTO - USO DOMÉSTICO

Art. 1.º “Aprovar a Norma de Qualidade da Água para Consumo Humano, na forma do Anexo desta Portaria, de uso obrigatório em todo território nacional”.

Portaria n.º 518, de 25 de março de 2004

1313

TRATAMENTO - USO DOMÉSTICO

Portaria n.º 518, de 25 de março de 2004

Art. 4.º ... adotadas as seguintes definições:

I – “água potável – água para consumo humano cujos parâmetros microbiológicos, físicos, químicos e radioativos atendam ao padrão de potabilidade e que não ofereça riscos à saúde”;

II – “sistema de abastecimento de água para consumo humano – instalação composta por conjunto de obras civis, materiais e equipamentos, destinada à produção e à distribuição canalizada de água potável para populações, sob a responsabilidade do poder público, mesmo que administrada em regime de concessão ou permissão”;

1414

SISTEMA DE ABASTECIMENTO

Construção de um sistema de abastecimento de água:

Pessoal altamente especializado.

Estudos (população/ taxa de crescimento da cidade/ necessidades industriais).

Figura Estação de Tratamento de Água do Guandu

1515

ABASTECIMENTO DE ÁGUA

RESERVAÇÃO

CAPTAÇÃO

ADUÇÃO

TRATAMENTO

DISTRIBUIÇÃO

1616

ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA (ETA)

SELEÇÃO DA FONTE:

Vazão do manancial

Localização da fonte

Topografia da região

Presença de possíveis focos de contaminação (poluentes domésticos e industriais)

1717

CAPTAÇÃO

Superficial - rios, lagos ou represas, por gravidade ou bombeamento. Casa de máquinas é construída junto à captação (conjuntos de motobombas que sugam a água do manancial e a enviam para a estação de tratamento).

Subterrânea – poços artesianos,  perfurações com 50 a 100 m feitas no terreno para captar a água dos lençóis subterrâneos. Motobombas, instaladas perto do lençol d’ água, enviam à superfície por tubulações (isenta de contaminação por bactérias e vírus, sem turbidez).

1818

TRATAMENTOCaptação superficial:

1) Oxidação - oxidar os metais presentes na água, principalmente o ferro e o manganês, que normalmente se apresentam dissolvidos na água bruta (cloro ou produto similar, pois tornam os metais insolúveis na água, permitindo, assim, a sua remoção nas outras etapas).

2) Coagulação - remoção das partículas de sujeira se inicia no tanque de mistura rápida com a adição de sulfato de alumínio ou cloreto férrico. (formação de flocos). Para otimizar o processo adiciona-se cal, o que mantém o pH da água no nível adequado.

1919

TRATAMENTO3) Floculação - os flocos misturam-se, ganhando peso, volume e consistência.

4) Decantação – sedimentação dos flocos no fundo dos tanques.

5) Filtração – separação das impurezas que não foram sedimentadas no processo de decantação (filtros constituídos por camadas de areia ou areia e antracito suportadas por cascalho de diversos tamanhos que retêm a sujeira ainda restante.

6) Desinfecção – adição de cloro (eliminação de microorganismos nocivos, garantindo também a qualidade da água nas redes de distribuição e nos reservatórios.

2020

7) Correção de pH – proteção das canalizações das redes e das casas contra corrosão ou incrustação, a água recebe uma dosagem de cal, que corrige seu pH.

8) Fluoretação (Portaria do Ministério da Saúde).

Consiste na aplicação de uma dosagem de composto de flúor  (ácido fluossilícico) que reduz a incidência da cárie dentária, especialmente no período de formação dos dentes, que vai da gestação até a idade de 15 anos.

TRATAMENTO

2121

A água captada através de poços profundos, na maioria das vezes, não precisa ser tratada, bastando apenas a desinfecção com cloro. Isso ocorre porque, nesse caso, a água não apresenta qualquer turbidez, eliminando as outras fases que são necessárias ao tratamento das águas superficiais.

TRATAMENTO

Captação subterrânea:

2222

RESERVAÇÃOFinalidade da armazenagem da água em reservatórios:

manter a regularidade do abastecimento, mesmo quando é necessário paralisar a produção para manutenção em qualquer uma das unidades do sistema.

atender às demandas extraordinárias, como as que ocorrem nos períodos de calor intenso ou quando, durante o dia, usa-se muita água ao mesmo tempo (na hora do almoço, por exemplo).

Classificação dos reservatórios quanto à sua posição em relação ao solo: subterrâneos  (enterrados), apoiados e elevados.

2323

DISTRIBUIÇÃO

Por intermédio de canos enterrados sob a pavimentação das ruas da cidade (redes de distribuição).

Pressão satisfatória em todos os seus pontos (bombas, chamadas boosters, objetiva bombear a água para locais mais altos.

Construção de estações elevatórias de água, equipadas com bombas de maior capacidade. Nos trechos de redes com pressão em excesso, são instaladas válvulas redutoras.

Alcançar as ligações domiciliares.

2424

TRATAMENTO PARA USO DOMÉSTICO

Portaria n.º 518, de 25 de março de 2004

Art. 5.º São deveres e obrigações do Ministério da Saúde, por intermédioda Secretaria de Vigilância em Saúde – SVS:

I – “promover e acompanhar a vigilância da qualidade da água, em articulação com as Secretarias de Saúde dos Estados e do Distrito Federal e com os responsáveis pelo controle de qualidade da água, nos termos da legislação que regulamenta o SUS”;

II – “estabelecer as referências laboratoriais nacionais e regionais, paradar suporte às ações de maior complexidade na vigilância da qualidade da água para consumo humano”;

III – “aprovar e registrar as metodologias não contempladas nas referências citadas no artigo 17 deste Anexo”;

2525

PADRÕES DE QUALIDADE DA ÁGUA

ASTM - American Society for Testing and Materials

Anvisa RDC 354 (1997) - Cosmético

NCCLS - National Comittee for Clinical Laboratory Standards

USP/EP – Farmacopéias

MS – Portaria 518 (24/03/04)

Anvisa RDC 210

2626

Padrão - Água PotávelMS - Portaria 518 - 25/03/04

Parâmetro MVP

Cor (uH) 15 Turbidez (uT) 5 pH 6,0 a 9,5 TDS (ppm) 1.000 Dureza (ppm) 500 Alumínio (ppm) 0,2 Amonia (ppm) 1,5 Cloreto (ppm) 250

Parâmetro MVP

Ferro (ppm) 0,3 Manganês (ppm) 0,1 Sódio (ppm) 200 Sulfato (ppm) 250 Zinco (ppm) 5,0 Coliformes aus. (100 ml) Bact. Heterot. 500ufc/ml

MVP: Máximo Valor Permitido

2727

CONTAMINANTES BÁSICOS

ÁGUA POTÁVEL

Inorgânico dissolvido(Na+, Cl-, Fe+3, Ca+2, Mg+2...)

Orgânico dissolvido(Ácidos, Pesticidas, Herbicidas...)

Microorganismos

Material Particulado – Colóides (Fe+2...)

Gases Dissolvidos(CO2,...)

2828

FINAL DO PRIMEIRO MÓDULO

2929

Leitura complementar

TEMA: “ Uma abordagem de detetive para projetos de tratamento de água bem sucedidos” (SLOVAK, 2001)

OBJETIVO: Fixar alguns conceitos que serão abordados no segundo módulo, como uma proposta adequada de implementação de um sistema de tratamento de água.

DATA ENTREGA: carater instrutivo

3030

SEGUNDO MÓDULO(Pré-tratamento da água

para uso industrial)

3131

PROGRAMA

Como planejar um sistema de tratamento de água

Pré-tratamento (finalidade e tecnologias)

Pré-filtraçãoCloraçãoRemoção de ferroFiltraçãoAbrandamentoRemoção de cloroAjuste de pH

3232

TRATAMENTO DE ÁGUA

Para que fim ?

DOMÉSTICO

INDUSTRIAL

AGRICULTURA

H2OH2O

H2O

H2O

H2 OH

2 O

H2O

3333

Boas Práticas de Fabricação

Resolução - RDC nº 210, de 04 de agosto de 2003

Agência Nacional de Vigilância Sanitária

ANEXO III Roteiro de Inspeção para Empresas Fabricantes de Medicamentos

7.- SISTEMAS E INSTALAÇÕES DE ÁGUA

Art. 3° Instituir como norma de inspeção para fins da verificação do cumprimento das Boas Práticas de Fabricação de Medicamentos, para os órgãos de vigilância sanitária do Sistema Único de Saúde, o Roteiro de Inspeção para Empresas Fabricantes de Medicamentos, conforme Anexo III desta Resolução.

3434

Como planejar o sistema ?Qual é a origem da água ? (potável, poço ...)

Existe programa para a conservação da água potável?

Existe programa de limpeza, desinfecção e monitoramento para as caixas d’ águas/ cisternas ?

Qual é a sua freqüência ? Existem registros ?

Qual é o tipo de tubulação entre a cisterna e o reservatório, e entre o reservatório e os pontos de uso metálico (ferro...)/ pvc ?

3535

Como planejar o sistema ?Qual é a origem da água ? (potável, poço ...)

Existe programa para a conservação da água potável?

Existe programa de limpeza, desinfecção e monitoramento para as caixas d’ águas/ cisternas ?

Qual é a sua freqüência ? Existem registros ?

Qual é o tipo de tubulação entre a cisterna e o reservatório, e entre o reservatório e os pontos de uso metálico (ferro...)/ pvc ?

3636

Existe algum tipo de controle de conservação ?

Há quanto tempo está instalado ?

Qual é o consumo de água previsto ?

Para quais produtos ?

Quantos são os pontos de coleta ?

Como planejar o sistema ?

3737

ELABORAÇÃO DO PROJETO

Autoria (empresas especializadas, fornecedor do sistema ou própria empresa).

Definição dos produtos que serão fabricados pela empresa.

Definição da qualidade e quantidade de água (PW e WFI) pelo usuário final.

3838

Tipos de Água naIndústria Farmacêutica

Água purificada (PW): obtida por osmose reversa ou deionização.

Água para injetáveis (WFI): obtida por destilação ou por qualquer outra tecnologia que produza água do mesmo nível ou melhor que a destilada (harmonização das farmacopéias USP/EP)

3939

ELABORAÇÃO DO PROJETO

Grupo Técnico define: tecnologia principal, tipo de recirculação, tipos de sanitização.

Definição do espaço físico para instalação do sistema e indica o responsável do setor para acompanhamento do projeto, instalação e seu start up.

Gerência da Garantia da Qualidade define quem validará o sistema e os responsáveis pelas auditorias e auto-inspeções.

4040

PRÉ-TRATAMENTO

Sistema Básico de Purificação

GERAÇÃO

RECIRCULAÇÃO

4141

Origem da água

Qualidade da água recebida

Histórico analítico de 1 ano (principais parâmetros)

Projeto (especificações do sistema baseado nas análises)

Objetivos performance dos equipamentosqualidade da água geradavida útil das membranas

PRÉ-TRATAMENTO

4242

Contaminantes básicos da água potável:

Inorgânico dissolvido(Na+, Cl-, Fe+3, Ca+2,Mg+2...) Orgânico dissolvido(ác., pest., herb...) Microorganismos Material particulado – colóides (Fe+2...) Gases dissolvidos(CO2,...)

PRÉ-TRATAMENTO

4343

Tecnologias combinadas:

Filtração: partíc./ coloides/ bact./pirogênios

Carvão ativado : cloro, orgânicos

Metabissulfito de Sódio: cloro

Abrandador : cálcio / magnésio

Dosador de NaOH : ajuste pH

PRÉ-TRATAMENTO

4444

Carcaça para filtro tipo bag

PRÉ-TRATAMENTO

PRÉ-FILTRAÇÃO

4545

Filtros bag

PRÉ-TRATAMENTO

PRÉ-FILTRAÇÃO

Controle por manômetro

4646

Reservatório de água potável

PRÉ-TRATAMENTO

CLORAÇÃO

K = 3 x 10-8

pH 7.5 → [HOCl] ~ [OCl-] pH 8 → 30% do cloro livre como HOClpH 6.5 → 90% do cloro livre Cloro livre = ácido hipocloroso + íon hipocloritoHOCl é mais eficiente do que OCl-

“The disinfection must be carried out at pH less than 8 and at a free chlorine concentration ≥ 0.5 mg/litre” (Guidelines of WHO)

4747

PRÉ-TRATAMENTO

RESFRIAMENTO DA ÁGUA

Trocador de calor sanitário

4848

PRÉ-TRATAMENTO

REMOÇÃO DE FERRO

Greensand/ dióxido de manganês

4949

PRÉ-TRATAMENTO

REMOÇÃO DE FERROTipos de ferro encontrados na água potável:

1. Ferro sequestrado (tripolifosfato, hexametaphosfato ou silicato de sódio) - não retido no abrandador.2. Ferro ligado à compostos orgânicos (Heme Iron) ex.: quelação de ferro por taninos3. Ferro presente em bactérias4. Hidróxido férrico (Red Water Iron)5. Bicarbonato ferroso (Clear Water Iron)

Um problema para remoção !!!

5050

PRÉ-TRATAMENTO

REMOÇÃO DE FERROOzonização (ineficácia para taninos)

Cloração (necessita de filtro com carvão ativado/ formação de trihalometano quando reage com taninos)

Aeração (processo lento/ coagulante)

5151

PRÉ-TRATAMENTO

REMOÇÃO DE FERRO

Filtro para remoção de ferro solúvel, sulfeto de hidrogênio, manganês, arsênico e rádio da água.

Efetivo em altas temperaturas e variações de pressão, prolongando o tempo para retrolavagem.

Superfície do greensand revestida com dióxido de manganês, que atua como um catalizador na reação de oxi-redução do ferro e manganês.

5252

PRÉ-TRATAMENTO

REMOÇÃO DE FERRO

Greensand/ dióxido de manganês:

Durante a etapa de retrolavagem, o MnO é removido mecanicamente da superfície do material, regenerando-o.

5353

PRÉ-TRATAMENTO

FILTRAÇÃO

Separação mecânica de partículas de um fluido pela passagem através de um material poroso/ fibroso ou granular.

5454

PRÉ-TRATAMENTO

FILTROS MULTIMÍDIAS

Camadas especiais para filtração

Sem poder de remoção bacteriana

5555

PRÉ-TRATAMENTO

Nome atual para filtro de areia. Composição: vários tipos de areia com

granulometrias diferentes. Cabeçote automático para programação

de retrolavagem (no mínimo 1 vez ao dia). Material resistente à corrosão. Redução do SDI (Silt Density Index) Possibilidade de inserir outro auxiliar

filtrante. Ex: Zeólito (Remoção de Ferro )

FILTROS MULTIMÍDIAS

5656

PRÉ-TRATAMENTO

CARTUCHOS FILTRANTES remoção de partículas

poros mais utilizados: 25, 10, 5, 1µm

importante:certificado de qualidade

uso:proteção de equipamentos

5757

PRÉ-TRATAMENTO

5858

PRÉ-TRATAMENTO

Zeólitos:

Rochas vulcânicas / cinza vulcânicas + água alcalina

Aluminosilicatos hidratados que possuem estrutura aberta para acomodar uma grande variedade de íons positivos (Na+, K+, Ca2+, Mg2+)

Íons fracamente ligados a estrutura (substituídos por outros em solução)

5959

PRÉ-TRATAMENTO

High purity clinoptilolite silicate structures are characterized by low solubility in water and acid; low to moderate Specific Gravity, with comparatively high hardness. Based on crystallography, the basic atomic structure of nextSand media consists of four (4) atoms of oxygen equally spaced. With this tetrahedral crystal structure (Si2O4) oxygen atoms are shared with other Si2O4 structure to form the unique crystal framework (Fig. 1).

6060

PRÉ-TRATAMENTO

6161Abrandador

PRÉ-TRATAMENTOREMOÇÃO SELETIVA

CÁTIONS

6262

PRÉ-TRATAMENTOO que é dureza?

Quantidade total de cátions Ca+2 e Mg+2, normalmente presentes em águas subterrâneas. É medido em mg/L que possui o mesmo significado físico de ppm. Água com dureza menor do que 20 mg/L é chamada de água branda.

Níveis de dureza:

Água Branda < 20 mg/L

Água Levemente Dura 20 – 60 mg/L

Água Moderadamente Dura 120 – 180 mg/L

Água Muito Dura >180 mg/L

6363

PRÉ-TRATAMENTOQuais os problemas ocasionados por uma água com

alto teor de dureza?

Ca+2 e Mg+2 precipitam formando depósitos nas superfícies de tubulações, tanques e aquecedores.

Ca+2 e Mg+2 possuem alta afinidade química, por isso reage facilmente com todos os ingredientes da água, ocasionado um grave inconveniente, como por exemplo o efeito menos efetivo de sabões e detergentes.

6464

PRÉ-TRATAMENTO

Qual é o mecanismo de abrandamento ?

O processo de troca iônica usa uma mídia especial de polímero (resina) na forma de pequenas esferas.

Ocorre a troca de cátions Ca+2 e Mg+2 por cátions de sódio da solução saturada de NaCl (salmoura).

Quando a resina alcança sua capacidade de troca ela deve ser “regenerada” com mais salmoura para dar-lhe uma nova capacidade para remover mais dureza. A seqüência da troca iônica e regeneração proporciona remoção continua de dureza.

6565

PRÉ-TRATAMENTOComo a resina de troca iônica é usada?

Em abrandadores, equipamentos especialmente projetados, que controlam automaticamente o processo de troca iônica.

Composição: Resina de troca iônica; Tanque Park contendo resina; Uma válvula de controle hidráulico muito funcional e Tanque de salmoura

6666

Bomba dosadora de metabissulfito de sódio 2%

PRÉ-TRATAMENTO

REMOÇÃO DE CLORO

6767

Outra opção:

PRÉ-TRATAMENTO

REMOÇÃO DE CLORO Carvão Ativado impregnado de Prata

MATERIAL POROSO

REMOÇÃO DE CLORO = ABSORÇÃO

REMOÇÃO DE COMPOSTOS ORGÂNICOS

“GROSSEIROS”=ADSORÇÃO

6868

Outra opção:

PRÉ-TRATAMENTO

REMOÇÃO DE CLORO Carvão Ativado impregnado de Prata

Necessidades: - Retrolavagem - Sanitização

- Reativação ???

Problemas: contaminação microbiológica.

6969

Dosador de hidróxido de sódio 2%

PRÉ-TRATAMENTO

AJUSTE DE pH

7070

FINAL DO SEGUNDO MÓDULO

7171

TRABALHO EM GRUPO

TEMA: “ TIPOS DE ÁGUA NA INDÚSTRIA FARMACÊUTICA E PRINCIPAIS PROCESSOS DE OBTENÇÃO”

OBJETIVO: Identificar e definir os tipos de água usados na indústria farmacêutica, informando quais as principais operações de purificação para obtê-los. Descrever resumidamente o fundamento de cada operação, apontando as vantagens e desvantagens associadas ao seu uso.

DATA ENTREGA: 16/ 11/ 2009