Tratamento da Água. Conjunto de instalações e equipamentos destinados a alterar as...

Tratamento da Água

Conjunto de instalações e

equipamentos destinados a alterar

as características físicas, químicas

e/ou biológicas da água, de modo a

satisfazer os padrões de

potabilidade exigidos pelo

Ministério da Saúde (Portaria 2.914/1).

1. Coagulação

Desestabilização de soluções

coloidais

Mecanismo de Formação de Dispersões Coloidais

• Partículas sólidas com pequenas dimensões (ex. micelas) podem ter íons fixados à superfície.

• Esses íons podem estar fixados por processos de adsorção ou ionização de grupos na superfície de sólidos.

• No pH das águas naturais ocorrem partículas suspensas de silicatos ionizados, com cargas negativas.

Formação de Dupla Camada Elétrica

• Formação da dupla camada elétrica numa partícula de silicato em suspensão

Camada primária com carga negativa

Camada de contra-íons onde predominam íons positivos em solução e que permite assegurar a eletroneutralidade deste sistema

Estabilização de Suspensões Coloidais

• Em volta de cada partícula existe uma dupla camada elétrica:– camada primária de íons fixos à superfície

das partículas em suspensão.– camada de contra-íons em solução e que

vão contrabalançar a carga elétrica da camada primária.

• Cargas elétricas iguais dificultam aproximação e união das partículas, que pode permanecer muito tempo sem precipitar.

1. Coagulação

Resulta da ação de 4 fatores distintos.

Mecanismos de Desestabilização de Colóides

1. Compressão da camada difusa (dupla camada elétrica) diminuindo a espessura da camada de contra-íons.

2. Adsorção e neutralização da carga elétrica da camada primária.

3. Formação de pontes e adsorção entre partículas (polímeros).

4. Varredura num precipitado volumoso de Al(OH)3 ou de Fe(OH)3 - Fe III.

1. CoagulaçãoCamada de Stern – elevada concentração de íons positivos próximos a superfície do colóide (força de atração prevalece em menor distância).

Camada difusa - de menor concentração iônica

1. Coagulação

a. Compressão da camada difusa Redução dupla camada com melhor

aproximação das partículas.

Redução do potencial zeta.

a. Compressão da Dupla Camada • Ensaios em “jar test”: geram curvas (fig.) que permitem

avaliar o comportamento do sistema: redução da turbidez com o aumento de concentração de eletrólito.

• Íons de maior carga são mais efetivos (regra de Shultze-Hardy).

• A adição do eletrólito reduz a espessura da camada de contra-íons diminuindo os potenciais repulsivos. Explicando a desestabilização dos colóides.

Concentrações elevadas de íons positivos acarretam acréscimo do número de íons na

camada difusa, que, para se manter eletricamente neutra, necessariamente tem

seu volume reduzido (diminuição da espessura), de modo tal que as forças de van der Waals sejam dominantes, eliminando a

estabilização eletrostática.

b. Adsorção - neutralização

Espécies com carga contrária à da superfície dos colóides causam sua desestabilização.

• Coagulante gera cátions que neutralizam a carga negativa do colóide, antes da formação visível do floco. A agitação é importante nesta fase.

Coagulação - mecanismos

c. Adsorção e formação de pontes

Polieletrólitos - aniônicos, catiônicos, anfolíticos e não iônicos, de

alto PM, com grupos carregados e capazes de atuar como coagulante

(desestabilizam colóides).

Coagulação - mecanismos

Uso de Polímero -

Coadjuvante

• Mecanismo útil para a fase de floculação e as reações 1 e 2 dão uma descrição do mecanismo de atuação destes polímeros.

Reação 3Adsorção secundária

Reação 4 Adsorção Excesso dosagem

Reação 6Adsorção secundária

Reação 5Ruptura do floco

Reação 2Formação do floco

Reação 1Adsorção inicial – dosagem ótima

Partícula reestabilizada

Floco

Floco fragmentado

Tipos de coagulantes

1. Alumínio

Al2(SO4)3 + 18H2O + 3Ca(OH)2 → 3CaSO4 + + 18H2O pH 6-8

13 Al+3 + 28 H2O ↔ Al13O4(OH)24+7 + 32 H⁺ pH < 5,7

2Al(OH)↓

Consumo da alcalinidade natural da água

O Al(OH)3 forma flocos e o CO2 é o responsável pelo aumento da acidez da água.

Caminhos para a coagulação por adsorção-neutralização de carga e por varredura utilizando sulfato de alumínio (Di Bernardo, 2005).

Fe2SO4

FeSO4 + 3Ca(HCO3)2 → 2Fe(OH)3↓ + 3CaSO4 + 6CO2FeSO4 + 3Ca(OH2)2 → 2Fe(OH)3↓ + 3CaSO4

Cloreto férrico, FeCl3. 6H2O usado, primariamente, na coagulação de esgotos sanitários e industriais, e encontra aplicações limitados no tratamento de água.

Disponível nas formas sólida e liquida, é altamente corrosivo.

3. Policloreto de Alumínio

Inorgânico catiônico pre-polimerizados a base de policloreto de alumínio.

• Carga = Aln(OH)m (3n-m)+

Auxiliares de CoagulaçãoPrincipais dificuldades com a coagulação: - precipitados de baixa decantação, - flocos frágeis, facilmente fragmentados sob forças

hidráulicas, nos decantadores e filtros de areia.

Melhoraram a coagulação promovendo o crescimento dos flocos e incrementando a velocidade de sedimentação destes.

Materiais mais utilizados são: polímeros, sílica ativada, agentes adsorventes de peso e oxidantes.

Alcalinizantes

• O mais utilizado pelo seu baixo custo é a Cal Ca(OH)2 - cal virgem ou viva, cal hidratada ou extinta, cal dolomítica).

• Hidróxido de cálcio Ca(OH)2 e misturas deste com o MgO e o Mg(OH)2.

• Barrilha NaCO3.

2. Floculação Transporte de Partículas

Etapa que propicia condições para:

- Contato e agregação de partículas previamente desestabilizadas por coagulação química.

- Flocos de tamanho e massa específica que favoreçam sua remoção por sedimentação, flotação ou filtração direta.

Coagulação X Floculação:

• Coagulação e Floculação são muitas vezes usadas em química como equivalentes da formação de agregados de partículas coloidais.

• Para conseguir a agregação de micelas, há que proceder de modo a diminuir ou mesmo suprimir as forças repulsivas.

• Em tratamentos de águas, o termo Coagulação aplica-se a desestabilização das partículas coloidais para formação do pequenos agregados , os coágulos.

Coagulação X Floculação: Os coágulos formados

ainda presentam dificuldades de separação da água, sendo necessário complementar com:

• A floculação: quando as partículas se unem formando agregados de maiores (flocos), os quais são mais fáceis de separar da fase líquida.

“Jar test”: copos com agitador, onde a amostra de água é ensaiada avaliando os efeitos que pode ter a adição de determinado agente químico e em diferentes condições.

3. Sedimentação e Flotação

• Sedimentação: Fenômeno físico no qual partículas, em suspensão, tem movimento descendente num líquido de menor massa específica, pela ação da gravidade.

• Flotação: pela ascensão partículas, em suspensão, e pela aderência de microbolhas de ar, tornando-as de menor massa específica que o meio.

4. Filtração• Remoção de partículas

suspensas e coloidais e de microrganismos da água que escoa através de um meio granular.

• Em geral processo final da ETA e principal agente da qualidade da água potável.

5. Adsorção em Carvão Ativado

Na forma de pó, tem grande poder de adsorção. É bastante empregada no tratamento da água com gosto e odor provocador por material orgânico.

Em geral após a filtração.

6. Desinfecção e Oxidação

Em geral desinfetantes são oxidantes.• Principais oxidantes: permanganato de K,

cloro, dióxido de cloro, O3, H2O2 e UV.• Com exceção do permanganato os demais

são utilizados como desinfetantes.

Isenta de N

• Cl2 + H2O HClO + H+ + Cl- (Ác. Hipocloroso)

• HClO ClO- + H+ (Hipoclorito)

HClO- principal agente desinfetanteHClO + ClO- = Cloro livre

Em pH 7,5: [HClO] = [ClO-] Em pH > 7,5: diminui [HClO] (ác. hipocloroso) e aumenta

[ClO-] , com prejuízo a eficácia da desinfecção.

Na presença de amônia

• HClO + NH4⁺ → NH2Cl + H2O + H⁺ (monocloraminas)

• HClO + NH2Cl → NHCl2 + H2O (dicloraminas)

• HClO + NHCl2 → NCl3 + H2O (tricloraminas)

Predomínio: de monocloraminas em pH >ou= 7

- Dicloraminas > poder bactericida que monocloraminas. Tricloraminas não tem efeito.

- N amoniacal consome o Cl na formação de cloraminas.

- Break point – quando toda a amônia disponível

se combinou com o cloro para a formação de cloraminas. Teor residual mínimo de cloro livre.