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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
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PRIMEIRO MÓDULO(Tratamento de água para uso doméstico)
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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/)
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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)
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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).
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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/
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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/
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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
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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
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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 ?
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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