Gestão de Água e Controle de Poluição em Siderurgia

Gestão de Água e Controle de Poluição em Siderurgia

A água é uma utilidade crucial que é necessária para a produção de ferro e aço em uma usina siderúrgica. Barata e abundante, a água foi durante séculos uma utilidade de produção que a indústria siderúrgica deu como certa. Mas no cenário atual, os recursos hídricos estão se tornando cada vez mais escassos devido ao crescente desequilíbrio entre a disponibilidade e o consumo de água doce, daí o acesso à água doce limpa e segura se tornar um dos grandes desafios da sociedade moderna.

A demanda de água continua aumentando devido a (i) aumento da população e migração para regiões propensas à seca, (ii) rápido desenvolvimento industrial e aumento do uso de água per capita, e (iii) mudança climática levando a mudanças nos padrões climáticos nas áreas povoadas . Isso resultou na indústria siderúrgica entrando em uma nova era de restrição de água. Além disso, nas últimas três décadas, as preocupações com a poluição ambiental aumentaram em todo o mundo e isso resultou na promulgação de regulamentações ambientais mais restritivas. Uma vez que há uma ameaça de escassez de recursos hídricos no futuro, a indústria siderúrgica mudou sua abordagem à estratégia e política de água para a redução do consumo de água doce.





Como a disponibilidade e a qualidade da água doce representam grandes preocupações, a gestão da água é um importante desafio enfrentado pela gestão da siderurgia e isso está sendo enfrentado para melhorar a sustentabilidade do ciclo de produção. A água, como o aço, pode ser reutilizada e reciclada. No entanto, o aumento da reciclagem da água, após a limpeza e resfriamento, pode diminuir a qualidade da água. Assim, a siderurgia deve melhorar continuamente as tecnologias de limpeza para a redução do consumo de água. Além disso, os desafios relacionados à água (ou seja, disponibilidade, escassez sazonal, competição com outros usuários) dependem da localização da planta, é importante ter uma abordagem local e uma solução sob medida. O ciclo de vida da água é mostrado na Figura 1.

Fig 1 O ciclo de vida da água

Uma grande quantidade de água é usada em uma siderúrgica integrada. No entanto, a quantidade consumida não é alta, pois a maior parte da água é reutilizada ou devolvida à fonte. A maior parte da água consumida é evaporada e cerca de 90% (em média, 88% em uma planta integrada e 94% em uma planta baseada em EAF) da água é descartada após limpeza e/ou resfriamento e frequentemente utilizada por outras concessionárias. A água que não é consumida na siderúrgica é limpa, resfriada e devolvida à fonte. A água devolvida aos rios e outras fontes é frequentemente mais limpa do que quando extraída na bomba de admissão.

Uma usina siderúrgica incorpora uma série de processos desde a preparação da matéria-prima até a laminação do aço acabado. Todos esses processos precisam de água. Quando a água é utilizada nesses processos, ela fica contaminada com poluentes em várias quantidades e concentrações. A necessidade típica de água nos vários processos em siderúrgicas varia amplamente entre as siderúrgicas e pode variar de 20 metros cúbicos por tonelada de aço bruto a 150 metros cúbicos por tonelada de aço bruto. As capacidades de bombeamento dessas quantidades de água são necessárias para o funcionamento de vários processos na siderurgia. O consumo de água é considerado como a entrada de água menos a descarga de água. O consumo total de água depende das instalações de tratamento e recirculação de água na planta de aço e normalmente está na faixa de 1,5 metros cúbicos por tonelada de aço bruto a 4 metros cúbicos por tonelada de aço bruto.

Uma usina siderúrgica usa grandes quantidades de água doce para uma variedade de usos que incluem resfriamento, supressão de poeira, limpeza, controle de temperatura (tratamento térmico), transporte de materiais residuais (cinzas, lodo e incrustações etc.) e outros usos. A água é uma parte essencial de alguns dos processos da siderurgia, como adição de água para controlar o teor de umidade da mistura de carvão de coque, pelotização da mistura de sinterização, fabricação de pelotas verdes durante a produção de pelotas de minério de ferro, produção de vapor e, consequentemente, energia , e granulação de escória de alto-forno etc. O uso de grande quantidade de água também gera uma quantidade considerável de efluentes que devem ser tratados antes de seu descarte.

Uma vez que grande quantidade de água é utilizada na siderurgia, qualquer melhoria tecnológica na tecnologia de resfriamento que leve a uma pequena porcentagem de redução no consumo de água, tem potencial para poupar uma grande quantidade de água no ambiente natural e minimizar o consumo de água. pegada. É importante buscar meios e tecnologias que possibilitem a minimização do consumo de água na siderurgia.

A pegada hídrica é um novo conceito que permite quantificar a apropriação de água doce. A metodologia da pegada hídrica foi introduzida por Hoekstra como um indicador de apropriação de água doce, com o objetivo de quantificar e mapear o uso indireto da água e mostrar a relevância do envolvimento de consumidores e produtores ao longo das cadeias de abastecimento na gestão da água.

As estratégias de gestão da água ajudam a siderúrgica a recuperar, reutilizar e/ou reciclar a água, o que pode, por sua vez, gerar uma considerável economia de custos, minimizando a demanda de água de entrada e reduzindo os volumes de descarga. A gestão da água em uma siderúrgica integrada depende principalmente das condições locais, disponibilidade de água e requisitos regulatórios.

Nos últimos tempos, a gestão da água tornou-se uma das partes mais importantes do aço sustentável. A gestão da água de forma sustentável é muito importante para a gestão da siderurgia devido ao valor essencial da água para a sociedade. É necessário que a gestão da siderurgia leve a sério a gestão da água. A gestão é obrigada a avaliar constantemente a melhor forma de utilizar a água, e buscar melhorias tanto na sua conservação quanto no seu reúso.

Assim como no caso do aço, a água pode ser reutilizada e reciclada. Isso melhora a eficiência do uso da água e reduz sua demanda, bem como o custo. Ao aumentar a reciclagem de água e o uso em cascata da água de maior para menor qualidade, o uso e o consumo de água podem ser reduzidos consideravelmente na siderurgia. No entanto, é necessário considerar o potencial aumento do uso de energia antes de implementar qualquer sistema de gestão de reúso de água.

A maneira mais eficaz de reduzir a ingestão de água é reutilizá-la. Isso normalmente envolve fluxos de água de limpeza e resfriamento entre cada uso. Alguns desses tratamentos, como o resfriamento, necessitam de grandes quantidades de energia e podem levar ao aumento das taxas de consumo de água devido à maior evaporação. Os processos adicionais necessários estão sempre quase em conflito com os objetivos de redução do consumo de energia, o que significa maiores emissões de dióxido de carbono. Assim, é necessário avaliar a eficácia do reúso da água de forma integrada, levando em consideração todos os aspectos ambientais.

Portanto, a eficiência energética é um aspecto muito importante na gestão da água na siderurgia. As medidas de redução de água devem ser combinadas com o uso de bombas energeticamente eficientes e instalações de recuperação de calor. Bombas energeticamente eficientes significam menos energia necessária para extração de água, tratamento de água e circulação de água. Além disso, a eficiência do uso da água deve considerar o consumo real, ou seja, a diferença na entrada e descarga (de qualidade igual ou melhor), bem como aspectos de disponibilidade e influências em outras categorias de recursos da siderurgia, como energia. Além disso, a reutilização de água em uma indústria de alta temperatura, como uma siderúrgica, pode aumentar o consumo de água.

O consumo de água na siderurgia varia muito e depende de vários fatores como (i) disponibilidade de água, (ii) tecnologia empregada, (iii) idade e condição da planta e equipamentos, (iv) tipos de produção processos e (v) procedimentos operacionais da planta. Os três fatores básicos que são cruciais para a gestão eficiente da água são (i) qualidade da água de reposição, (ii) condições climáticas no local da usina siderúrgica e (iii) requisitos regulatórios.

As principais questões relacionadas à água que afetam a gestão da água em uma usina siderúrgica são (i) qualidade da água de processo necessária (ii) qualidade das águas residuais, (iii) reciclagem de água e minimização de seu consumo, (iv) poluentes no água, (v) implementação de novas tecnologias para gestão da água e (vi) implementação de tecnologias de tratamento de águas residuais e sua relação custo-benefício.

Uma vez que devido ao aumento do consumo, à necessidade de energia adicional e à necessidade de tratar/descartar os subprodutos gerados, é fundamental ter uma abordagem holística tendo em conta todos os aspetos ambientais ao considerar a introdução de diferentes tecnologias de redução e tratamento de água com o objetivo de obter descarga zero de efluentes. Portanto, é crucial ter uma visão holística do impacto geral sobre os recursos hídricos. A Figura 2 mostra uma abordagem holística para a gestão da água.

Fig 2 Abordagem holística à gestão da água

Usos da água

A água tem muitos usos na siderurgia e a qualidade da água necessária para cada uso também varia. Além disso, pode haver um sistema de passagem e pode haver sistemas com recirculação parcial ou total da água.

A maior parte da água da siderurgia é utilizada para resfriamento, proteção de equipamentos e melhoria das condições de trabalho nos locais de trabalho. Uma quantidade menor, mas ainda considerável, de água é usada como água de processo. Uma pequena quantidade de água é usada como água de alimentação de caldeiras e como água doméstica e de serviço.

A água é usada não apenas em operações de resfriamento, mas também para outros fins. Existem diferentes qualidades de água necessárias para atender às necessidades de água em vários locais da planta. Além disso, a água doce é usada principalmente para processos e resfriamento direto e indireto, enquanto a água do mar é normalmente usada para resfriamento único após um pré-tratamento anti-incrustante. O uso de água doce é normalmente considerado um indicador de desempenho. No resfriamento direto, a água entra em contato com o material e equipamento enquanto no resfriamento indireto a água não entra em contato com o material ou equipamento.

A água do mar é usada principalmente para resfriamento de passagem sem pré-tratamento ou pós-tratamento. Não entra em contato com o material ou equipamento. A água doce é usada principalmente para processos e resfriamento. Entra em contato com o material e equipamento e é tratado antes de ser reutilizado ou descartado. Os usos importantes da água em uma usina siderúrgica integrada são apresentados a seguir.

• A água é necessária para atender às necessidades do processo. Exemplos são ajuste de umidade na mistura de carvão, têmpera úmida de coque, adição em mistura de sinterização para peletização em tambor de pelotização, pulverização de água no topo do alto-forno (BF) para controle da temperatura de topo, granulação de escória BF líquida, fundição de suínos, fundição contínua , descalcificação do aço antes da laminação a quente, tratamento térmico em linha e controle de temperatura em laminadores a quente e ajuste da resistência do ácido de decapagem etc.
• A água é utilizada para acondicionamento dos materiais pela facilidade de manuseio e transporte. Exemplos são o transporte de incrustações em lingotamento contínuo e laminação a quente, adição de água em matérias-primas para supressão de poeira durante seu transporte e armazenamento, fabricação de lama para transporte por dutos, transporte de cinzas volantes para tanque de cinzas e seu armazenamento lá etc.
• Vários tipos de gases gerados durante os diferentes processos são resfriados, limpos e condicionados com água.
• A água é usada para transferência de calor. Vários equipamentos, rolos e carcaças de fornos são resfriados a água. Ambos os métodos de resfriamento direto e indireto são empregados para esta finalidade.
• A produção de vapor para as necessidades do processo e para fins de geração de energia precisa de água desmineralizada.
• A água é usada para resfriamento diversos, como fornos e refratários são resfriados com água antes de serem feitos reparos e/ou reembasamento. Derramamentos de metal e escória são resfriados com água antes de serem transportados.
• As argamassas à base de água, massa de chupeta e argilas precisam de água em quantidade medida.
• Os processos de tratamento de esgoto e água precisam de adição de água para um tratamento eficiente e melhor reação. A água também é necessária para a neutralização de efluentes ácidos.
• A água é usada para limpar e lavar o chão da loja para que a poeira depositada no chão da loja possa ser limpa.
• Salas de controle elétrico e túneis são ventilados com ar úmido para o qual são usados ​​pulverizadores de água.
• A água é usada para fins de combate a incêndio em uma siderúrgica. A água também é usada para beber água, refrigerador, cantinas e lavatórios.
• As siderúrgicas são para manter a vegetação dentro da planta para fins de meio ambiente. Esta atividade precisa de água.

Diagrama de fluxo de água e os termos usados ​​para água

O diagrama de fluxo de água em uma usina siderúrgica é mostrado na Figura 3. Os termos usados ​​para diferentes tipos de água no diagrama são descritos abaixo.

Fig 3 Diagrama de fluxo de água de uma usina siderúrgica

Ingestão de água – É a água bombeada do corpo d'água na casa de bombas de captação e adicionada ao sistema hídrico da siderúrgica.

Água de reposição – É a água que é adicionada ao sistema de água. A água de reposição é frequentemente necessária em sistemas que usam água de recirculação. É aquela água que é adicionada ao sistema para compensar a água (i) perdida no processo, (ii) perdida por evaporação e (iii) perdida por vazamentos.

Água de processo – É a água que entra em contato com um produto final ou com materiais incorporados a um produto final. A água de processo inclui amplamente os fluxos que entram em contato com as matérias-primas ou produtos finais da produção de aço, ou que se tornam parte do produto final. Existem muitas aplicações de água de processo, incluindo separação física de constituintes de minério, têmpera, descalcificação, galvanização e galvanização. A água de processo também é um componente de solventes, ácidos e emulsões usados ​​para limpar, desengordurar e enxaguar superfícies de aço.

Água de resfriamento – É a água que se destina exclusivamente ao arrefecimento. Água de resfriamento refere-se a correntes que são usadas para dissipar o excesso de calor de produtos de aço e equipamentos associados. As aplicações de resfriamento representam a maior parte da água usada em uma usina siderúrgica e incluem resfriamento por contato em processos de laminação a quente e a frio, resfriamento e contenção de gases de escape, resfriamento de fornos e fornalhas e outras aplicações.

A quantidade de água retirada e descarregada por uma instalação varia significativamente dependendo do tipo de sistema de resfriamento usado. Os sistemas de resfriamento de passagem única têm a maior demanda de água, enquanto os sistemas de resfriamento de recirculação retêm quase toda a água para ciclos de resfriamento repetidos.

Água desmineralizada – Água desmineralizada é aquela água onde os minerais da água foram removidos. A água desmineralizada também é usada como água de alimentação da caldeira. O processo de desmineralização normalmente é feito quando a água é utilizada para processos químicos e os minerais presentes podem interferir nos demais produtos químicos. Com o processo de desmineralização, a água é amolecida pela remoção dos minerais indesejados. A água desmineralizada tem uma condutividade maior do que a água desionizada.

Água de alimentação da caldeira – A água desmineralizada é utilizada como água de alimentação da caldeira. A água de alimentação da caldeira é usada para gerar vapor de processo usado para alimentar muitos processos envolvidos na produção de aço. As caldeiras são usadas para produzir energia para aquecimento e resfriamento de processos, bem como para alimentar sistemas de acionamento mecânico e sistemas de controle de pressão. As caldeiras precisam de altos padrões de qualidade da água para garantir um funcionamento seguro sob suas condições operacionais tipicamente de alta temperatura e pressão. Com o pré-tratamento adequado, no entanto, a água de várias fontes pode ser reciclada para uso como água de reposição da caldeira.

Água de combate a incêndio – É a água utilizada para extinção de incêndios na siderúrgica.

Água macia – Água mole é aquela água que contém baixas concentrações de íons e, em particular, é pobre em íons de cálcio e magnésio. O termo é usado para descrever a água que foi produzida por um processo de amaciamento da água. A água macia também pode conter níveis elevados de íons de sódio e bicarbonato. A água mole não produz depósitos de cálcio nos sistemas de aquecimento de água e sistema de resfriamento indireto de água.

Água de efluente – É o efluente descarregado do sistema de água. A água efluente de uma planta é descarregada em um sistema de eliminação de resíduos. No entanto, dentro de uma planta, o efluente de uma unidade pode ser utilizado como captação para outra unidade. Na maioria dos lugares, a quantidade de água consumida é muito difícil de determinar e normalmente é considerada a diferença entre a entrada e o efluente ou é estimada pelo operador da usina. Em sistemas de passagem única, o efluente normalmente não é medido.

Água doméstica – Também é conhecida como água sanitária e utilizada para beber e em lavabos.

Água de serviço – É a água utilizada para limpeza geral do chão de fábrica, supressão de poeiras, descarga de resíduos etc.

Outros usos da água – Outras utilizações da água são as utilizações da água não abrangidas pelas rubricas anteriores. Exemplos de outros usos são a água usada em sistemas de ventilação, transporte de materiais residuais, como chorumes, jardinagem, etc.

Poluentes em águas residuais

A gestão da água em uma siderúrgica integrada é muito importante para o sucesso de sua operação, uma vez que a siderurgia integrada necessita de uma grande quantidade de água para seu funcionamento. Durante a operação da usina esta água fica poluída. É muito difícil separar o controle da poluição da água da gestão da água na planta. Uma boa gestão da água leva a uma diminuição no controle da poluição da água, ao mesmo tempo que o controle da poluição da água precisa de uma boa gestão da água. Uma boa gestão da água requer zero ou descarga mínima de água da planta. Isto é conseguido através da incorporação de elaborados sistemas de tratamento de água para recirculação de água. Isso reduz o consumo de água, pois há uma redução na necessidade de água de reposição. Também reduz a poluição da água, uma vez que a descarga de água do limite da planta se torna nula ou insignificante. Além disso, reduz a necessidade e o custo de tratamento de água poluída antes de sua descarga do limite da planta. Os seguintes poluentes estão presentes na água do efluente.

• Sólidos coloidais e suspensos - Minério e finos de fluxo, incrustações, areia, cinzas volantes, finos de carvão e coque etc.
• Temperatura e calor – Água de resfriamento, purga da caldeira etc.
• Óleo – Óleos para laminadores, lubrificantes, óleos hidráulicos, óleos de têmpera, óleos combustíveis, solventes, alcatrão e piche etc.
• Produtos químicos - Estes consistem em licor de decapagem, lodo ácido, lavagem cáustica, cal, licor amoniacal usado, purga de caldeira e produtos químicos tóxicos etc.
• Resíduos sanitários – Resíduos da cantina, lavatórios, vestiários e banheiros etc.

A descarga de água efluente sem tratamento causa poluição dos corpos d'água no local de descarga e, portanto, é necessário o tratamento adequado da água efluente antes de sua descarga da siderúrgica. A seguir estão alguns dos principais métodos normalmente utilizados para o tratamento de efluentes.

• Tanques de Decantação – Para a sedimentação de sólidos em suspensão, utiliza-se um processo de decantação convencional em tanques retangulares ou circulares. Considerando as saídas, a floculação às vezes é usada. A retirada do lodo é feita por meio de bombas ou por meio de guindaste com garra.
• Para a remoção de sólidos em suspensão de tamanho muito fino e espessantes de tamanho variável, clarificadores e clariflocadores são usados ​​individualmente ou em combinação. Coagulantes como alúmen, cloreto férrico, sulfatos férricos e polieletrólitos são usados ​​para coagulação dos sólidos suspensos.
• Para remoção de calor e redução de temperatura. A água quente é tratada em lagoas de resfriamento, bacias de pulverização ou torres de resfriamento.
• Neutralização – O valor do pH da água residual deve ser controlado entre 6,5 e 7,5. Para isso, a água ácida com valores de pH baixos é tratada com álcalis, enquanto a água alcalina com valores de pH altos é tratada com ácidos.
• Óleos contendo efluentes – Para a coleta de óleos dos efluentes, é utilizado o processo convencional de flutuação natural e desnatação. A coleta do óleo desnatado é feita por calhas móveis.
• As águas residuais de fornos de coque com alta demanda biológica de oxigênio (DBO) são tratadas em filtros de gotejamento ou por processo de lodo ativado. O processo de lodo ativado com aeração prolongada é mais eficaz na redução dos valores de DBO. Para a decomposição microbiana adequada, a água residual do forno de coque precisa de suplementação de fósforo para torná-la equilibrada em nutrientes. Se o esgoto bruto estiver disponível, a adição desse esgoto ajuda no processo de lodo ativado.

Um fluxograma típico para o tratamento de lodo é mostrado na Fig 4.



Fig 4 Fluxograma para tratamento de lodo