GERAÇÃO DE CLORO A PARTIR DO CLORETO DE SÓDIO (SAL DE COZINHA) Autor - Júlio Cezar Caetano da Silva Matrícula 18.407. Lotação DSO / DPOE / DTPB / PBPM (Patos de Minas). E-mail: julio.caetano@copasa.com.br. RESUMO A possibilidade de ocorrência e a gravidade dos acidentes com o vazamento de Cloro Gás em Estações de Tratamento de Água (ETA) localizadas no perímetro urbano fez com que a Copasa de Patos de Minas procurasse alternativas para a substituição deste produto. Diante disso, foi implantado um sistema para aplicação de Cloro na água tratada com o processo de geração utilizando cloreto de sódio. Assim, buscou-se: Atender aos requisitos de segurança para os operadores e a população. Viabilidade econômica com menor custo de produção. Qualidade do tratamento. PALAVRAS-CHAVE: Segurança, Gerador de Cloro, Cloreto de sódio. INTRODUÇÃO A necessidade de maior segurança na aplicação de Cloro na água tratada em ETAs localizadas no perímetro urbano promoveu a busca por alternativas em substituição ao Cloro Gasoso. Objetivos Implantação de sistema para aplicação de Cloro na água tratada, visando: Atender aos requisitos de segurança para os operadores e a população. Viabilidade econômica com menor custo de produção. Qualidade do tratamento.. Desenvolvimento A Copasa de Patos de Minas teve seu início de operação há mais de 30 anos com a Estação de Tratamento de Água construída na periferia da cidade, local com baixa densidade de ocupação populacional. O sistema implantado para cloração da água tratada utilizava o Cloro Gasoso, por ser economicamente viável, com maior utilização nas companhias de saneamento e pelo desconhecimento de uma tecnologia acessível que eliminasse o fator de risco. 1
Com o crescimento da cidade, o entorno da ETA tornou-se densamente habitado, despertando nos empregados do Distrito uma preocupação com possíveis vazamentos de Cloro Gás que colocariam em risco a sua integridade e a da população. Em 2001, a Gerência do DTPB optou por substituir o Cloro Gás por outra forma de desinfecção da água tratada. Buscando soluções alternativas, a partir de 2003 foram realizados testes com a produção e aplicação de Dióxido de Cloro. Porém, não foi implantado, devido à questão estratégica de dependência do fornecedor. Após a finalização dos testes com o Dióxido de Cloro, optou-se pela desinfecção da água tratada com o Hipoclorito de Cálcio, por meio da utilização de cones de saturação, até que se encontrasse um processo seguro para o tratamento. Com a criação pela Copasa de um Grupo de Trabalho para estudar e padronizar a utilização dos produtos químicos nos processos de tratamento da Empresa ficou definido que as Estações de Tratamento de Água de maior porte deveriam utilizar o Cloro Gás. Foram realizados testes no Sistema de Perdigão (DTAS), sendo apresentados os resultados na reunião do Grupo de Trabalho de Produtos Químicos em Araxá. Desta forma, a equipe técnica do Distrito do Médio Paranaíba (DTPB) passou a conhecer o processo de geração de Cloro com a utilização do Cloreto de Sódio. Este sistema atendia às necessidades do Sistema de Abastecimento de Água (SAA) de Patos de Minas em relação à segurança. Depois de realização de análises e estudos mais aprofundados, com recursos alocados pela SPAT, foi adquirido um equipamento gerador de Cloro para atendimento à produção de 400 l/s de água tratada (pregão eletrônico). Este equipamento é da marca HIDROGERON com capacidade de geração de 90 Kg de Cloro ativo/dia. É constituído de reservatório de água e saturador, dosagem de salmoura e água de diluição, reator, fonte de energia elétrica, abrandador, reservatório de cloro e sistema de aplicação de cloro. O custo para o conjunto completo, inclusive instalação e startup foi de R$ 125.000,00. Vale lembrar que o valor pago pela Copasa foi reduzido, devido ao interesse do fornecedor em fazer uma parceria para apresentação desta nova tecnologia. Desde novembro de 2012, a água de Patos de Minas está sendo clorada com o Hipoclorito de Sódio produzido por meio da eletrólise da solução de Cloreto de Sódio (Equação 1). NaCl + H 2O + 2eg NaOCl + H 2 Equação (1) A geração de Hipoclorito de Sódio tem início com a produção de uma salmoura a 30% (Fotografia 1), a partir de sal e água, de preferência de baixa dureza. A concentração desta salmoura, posteriormente, é diluída para 3% antes da entrada na célula eletrolítica do reator (Fotografia 02). Belo Horizonte maio 2014
Fotografia 1: Tanque de preparo de salmoura 30%. Fotografia 2: Reator. No reator, por ação de energia elétrica contínua de baixa tensão e alta corrente (Fotografia 03), o sal (NaCl) é convertido em Gás Cloro (Cl 2) no ânodo e em hidróxido de sódio (NaOH) e hidrogênio (H 2) no cátodo, resultando, da reação entre o Gás Cloro e o Hidróxido de Sódio, o Hipoclorito de Sódio (NaOCl). Fotografia 3: Fonte de energia elétrica. Fotografia 4: Tanque de estoque de Hipoclorito. A solução de Hipoclorito de Sódio a 0,65%, bem como o Hidrogênio, saem para um tanque de armazenamento (Fotografia 04) e o hidrogênio é descartado para a atmosfera (Fotografia 5). 3
Do tanque de armazenamento é realizada a dosagem do Hipoclorito de Sódio para a pré e pós-cloração por meio de bombas dosadoras (Fotografia 6). Fotografia 5: Descarte de Hidrogênio atmosfera. Fotografia 6: Bombas dosadoras de Hipoclorito. Operação do Equipamento A operação do sistema consiste em: Alimentar o tanque de preparo de salmoura com o Cloreto de Sódio, deixando o sal dentro do intervalo de mínimo/máximo (não necessita diluição, pois a solução de salmoura é produzida na concentração de uso eliminando-se assim erros na preparação). Conferir a corrente e tensão elétrica. Verificar a vazão de salmoura e de água de diluição. Controlar a dosagem do Hipoclorito de Sódio. Para o esclarecimento de quaisquer tipos de dúvidas quanto ao funcionamento do gerador de cloro, operação e manutenção do sistema produtor foi produzida uma filmagem com explicações dos técnicos que montaram o equipamento. Este filme é utilizado pelos operadores da ETA todas as vezes que aparecem dúvidas na operação, sendo considerado como o POP (Procedimento Operacional Padrão) do equipamento. Belo Horizonte maio 2014
Manutenção do Equipamento O equipamento necessita de manutenções periódicas de remoção de resíduos do filtro (Fotografia 7) da salmoura e limpeza do reator com a retirada de incrustações que ocorrem no decorrer do processo de eletrólise. Fotografia 7: Filtro da solução de salmoura 30%. A necessidade de limpeza do filtro é detectada quando a vazão da salmoura diminui. Isto é indicado pela redução da corrente elétrica no painel da fonte de energia. A operação é simples, com paralização do processo por poucos minutos. As placas de Titânio do reator devem ser limpas assim que o nível de incrustação for elevado. A incrustação está diretamente ligada à dureza da água de diluição, o que é reduzida pelo abrandador do gerador de Cloro. A limpeza das placas ocorre num intervalo de 2 a 4 meses. O processo exige a desmontagem do reator (Fotografia 8), a lavagem das placas com água tratada (Fotografia 9) e a montagem do equipamento. O tempo médio gasto nesta tarefa é de aproximadamente duas horas. Fotografia 8: Desmontagem do reator. Fotografia 9: Lavagem das placas de Titânio. 5
Comparativo de custos de fontes de cloro Gerador de Cloro: Consumo de 4,5 Kg de Cloreto de Sódio + 4,5 kwh = 1Kg de Cloro ativo. Custo do sal adquirido pelo DTPB - R$ 0,28 /Kg Custo da energia elétrica na Tarifa Horosazonal Verde - R$ 0,19 / kwh. R$ 1,07 de sal + R$ 0,88 kwh = R$ 1,95 o Kg de Cloro ativo. Gás Cloro - Cilindro 900 kg: Custo do Kg de Cloro ativo - R$ 3,40 Gás Cloro - Cilindros de 50 kg: Custo de Kg de Cloro ativo - R$ 6,00. Hipoclorito de Cálcio 65%: Custo do Kg de Hipoclorito de Cálcio - R$ 6,35. Para produzir 1 Kg de Cloro ativo é necessário 1,5Kg de Hipoclorito de Cálcio. Custo de 1 Kg de Cloro ativo - R$ 9,25. Considerando o (as): Condições apresentadas anteriormente; Investimento de R$125.000,00 na implantação do sistema de geração do Cloro e Custos de aquisição de cloro de outras fontes; O prazo em meses de retorno do investimento para a substituição de cada tipo de cloração pelo Hipoclorito de Sódio, produzido por meio do Cloreto de Sódio, está demonstrado na Figura 1. Figura 1: Prazo em meses para retorno do investimento com o Gerador de Cloro. Belo Horizonte maio 2014
Resultados Redução dos custos com a produção e aplicação do Hipoclorito de Sódio. Retorno do investimento em menos de um ano de operação. Elevação do residual de Cloro nas pontas das redes de distribuição de água para teores próximos aos da saída no sistema produtor. Eliminação de impactos em relação à segurança no trabalho, pois o insumo utilizado (sal de cozinha), não é insalubre. Satisfação dos empregados com a facilidade de operação do equipamento. Redução de riscos e impactos ambientais da tecnologia, mínima geração de resíduos ou subprodutos. Alcance do principal objetivo: a eliminação completa dos riscos de acidentes por vazamento de gás. Conclusões e/ou Considerações Finais A implantação do sistema gerador de Cloro em Patos de Minas resolveu um problema de segurança que vinha se arrastando por mais de uma década. Além da eliminação de riscos de acidentes por vazamento de Gás Cloro, o sistema mostrou-se bastante viável economicamente, trazendo também um ganho substancial na qualidade da água distribuída com a manutenção do cloro residual nas pontas de redes de distribuição. 7