Coloides PT - Floculação

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INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA DE LISBOA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUMICA LABORATRIOS INTEGRADOS 6C

Protocolo ExperimentalEnsaios de Tratabilidade em guas Residuais (Tratamentos Fisico-Qumicos: Coagulao/Floculao)

Teodoro Trindade e Renato Manuel Seco de Ambiente e Qualidade (Setembro/2006)

Laboratrios Integrados 6C

Coagulao/Floculao

ndice1. Objectivos do Trabalho ......................................................................................... Introduo Coagulao/Floculao 2. Fenmenos de Coagulao/Floculao ................................................................ 3. Coloides ................................................................................................................ 4. Mistura/Agitao do Coagulante .......................................................................... 5. Crescimento dos Flocos ........................................................................................ 6. Reagentes Coagulantes e Floculantes Comuns .................................................... 7. Factores que Influenciam a Coagulao .............................................................. 8. Coadjuvantes da Floculao ................................................................................. Parte Experimental 9. Equipamento Laboratorial .................................................................................... 10. Tcnicas Analticas ............................................................................................. 11. Clculos Prvios ................................................................................................. 12. Procedimento Experimental ................................................................................ A. Preparao da suspenso coloidal ............................................................. B. Preparao da soluo de hidrxido de sdio ............................................ C. Preparao da soluo de cido sulfrico ................................................. D. Preparao da soluo de coagulante ....................................................... E. Calibrao do elctrodo de pH ................................................................... F. Primeira srie de ensaios ............................................................................ G. Segunda srie de ensaios ............................................................................ H. Terceira srie de ensaios ............................................................................ I. Quarta srie de ensaios ................................................................................ Bibliografia 13. Ficha do Trabalho Experimental ........................................................................ I 1

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1. Objectivos do TrabalhoO trabalho experimental, desenvolvido ao longo de duas sesses laboratoriais (23 h = 6 horas), destina-se realizao de ensaios de coagulao/floculao numa suspenso coloidal tendo por objectivo o estudo das melhores condies de reduo da sua turvao. Com base nos resultados obtidos pretende-se seleccionar as melhores gamas de pH e dosagem de reagentes necessrias a cada aplicao. Numa suspenso de caolino, so quantificadas por nefelometria a influncia do pH da suspenso, da dosagem do coagulante, e do seu efeito conjunto.

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Coagulao/Floculao

Introduo Coagulao/Floculao2. Fenmenos de Coagulao/FloculaoAs guas residuais e potveis, em quantidades diferentes, contm material suspenso, slidos que podem sedimentar e/ou slidos dispersos que no sedimentam graviticamente. Uma parte consideravel desses slidos que no sedimentam podem ser coloides. Nos coloides, cada partcula encontra-se estabilizada por uma srie de cargas (elctricas) superficiais do mesmo sinal as quais geram entre si repulso electrosttica. Uma vez que este fenmeno impede o choque entre as particulas, no existe tendncia natural para que as particulas formem agregados de maiores dimenses, designados por flocos. As operaes de coagulao e floculao desestabilizam os coloides conseguindo a sua sedimentabilidade. Isto consegue-se em geral pela adio de agentes qumicos aplicando energia de mistura (agitao). Vulgarmente os termos coagulao e floculao utilizam-se indistintamente em relao formao de agregados de particulas. No entanto, convm salientar as diferenas conceptuais entre estas duas operaes. Geralmente, a confuso provm do facto de ambas as aces (coagulao e floculao) decorrerem simultaneamente. Em rigor, a coagulao corresponde ao fenmeno de desestabilizao da suspenso coloidal, enquanto que a floculao limita-se s aces de transporte das particulas coaguladas para provocar colises entre elas promovendo a sua aglomerao. Coagulao: desestabilizao de um coloide produzida pela eliminao da dupla camada elctrica que envolve as particulas coloidais com a formao de ncleos microscpicos. Floculao: aglomerao das particulas desestabilizadas primeiro em microflocos e posteriormente em aglomerados mais volumosos chamados flocos. Durante o processo de floculao, os agregados de partculas, inicialmente pequenos, tendem a juntar-se em aglomerados de maiores dimenses (capazes de sedimentar graviticamente), quando se promove o contacto entre eles atravs de agitao da suspenso. O tratamento prvio aos coloides, tendo em vista a sua separao por precipitao, implica portanto duas etapas sequnciais: 1. Desestabilizao (as teorias sobre o mecanismo deste fenmeno baseiam-se na qumica coloidal e de superficies). 2. Transporte de ncleos microscpicos para formar agregados densos (a teoria do transporte baseia-se na mecnica de fluidos).

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Coagulao/Floculao

3. ColoidesAs espcies coloidais que se encontram em guas superficiais e residuais incluem argilas, silicas, ferro, metais pesados, etc. Tm-se postulado diversas teorias para descrever o fenmeno das repulses entre particulas coloidais. Essencialmente o que necessrio para caracterizar um sistema coloidal o conhecimento da natureza e amplitude das cargas electrostticas das particulas. A intensidade da carga superficial determina a distncia mnima (de equilibrio) que as partculas se podem aproximar entre si. Quanto maior for essa carga, maiores sero as foras de repulso e portanto maiores os impedimentos electrostticos aproximao das partculas. O potencial zeta uma medida desta fora de repulso. Para coloides em guas naturais com pH entre 5 e 8, o potencial zeta oscila geralmente entre 15 e 30 mV. Quanto maior for o seu valor absoluto, maior ser a carga superficial da particula. medida que diminui o potencial zeta as particulas podem aproximar-se mais aumentando a probabilidade de uma coliso. Os coagulantes fornecem cargas de sinal contrrio para atenuar ou eliminar esse potencial. Notese no entanto que a coagulao pode decorrer a um potencial baixo sem necessidade de completa neutralizao. Se for adicionado demasiado coagulante as partculas ficam carregadas com sinal contrrio (ao inicial) e podem voltar a dispersar-se no lquido formando de novo uma suspenso estvel.

Figura 1. Microscopia electrnica de varrimento de uma amostra de caolino1 (dimenso mdia das partculas 0,2 m)2.

O termo caolino provm do nome da cidade chinesa Kao-Ling (ou Gaoling) localizada na provincia de Jiangxi no sudeste da China. O termo actualmente usado para designar a rocha argilosa branca predominantemente constituida por minerais do grupo caolino. O constituinte mais comum o mineral caolinite, silicato de aluminio. A caolinite formada por camadas alternadas de aluminio octaedrico coordenado e silicio tetraedrico coordenado, as quais esto ligadas por grupos hidroxilo. A caolinite representada pela frmula qumica Al2Si2O5(OH)4. 2 Fonte: OBrien, V. T. And Mackey, M. E. (2002) Shear and elongation flow properties of kaolin suspensions, J. Rheol. 46(3), 557-572 May/June. Teodoro/Edgar/2006 pgina 3

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Coagulao/Floculao

Quadro 1. Dimenses caractersticas das particulas vulgarmente encontradas em guas residuais. Material Virus Bactrias Coloides Terras Areias Flocos Dimetros, m 0,005 a 0,01 0,3 a 3 0,001 a 1 1 a 100 500 100 a 2000

4. Mistura/Agitao do CoagulantePara complementar e tornar efectiva a adio do agente coagulante necessrio promover a homogeneizao da suspenso para que se produza a destruio da estabilidade do sistema coloidal (desestabilizao). Para que as particulas se aglomerem devem chocar entre si, e a agitao que promove essas colises. O movimento browniano, movimento aleatrio induzido nas pequenas particulas ao serem atingidas por molculas da soluo, est sempre presente como uma fora homogeneizadora natural. No entanto, a sua aco no suficiente sendo necessrio uma energia adicional de mistura. Uma agitao de grande intensidade que distribua o coagulante e promova colises rpidas o mais efectivo. Tambm so importantes na coagulao a frequncia e o nmero de colises entre as particulas. Assim, em guas de baixa turvao, pode ser favorvel a adio de mais slidos para aumentar a frequncia das colises e produzir um maior abaixamento na turvao.

Figura 2. Principais mecanismos que promovem colises entre partculas em suspenses aquosas. (a) sedimentao diferencial, (b) movimento browniano, (c) deslocamento laminar, (d) deslocamento turbulento.

5. Crescimento dos FlocosDepois de adicionado o coagulante e realizado a operao de coagulao passa-se etapa de formao de flocos sedimentveis. Pode acontecer que o floco formado pela aglomerao de vrios coloides no seja suficientemente grande para sedimentar com a rapidez pretendida. Por isso por vezes conveniente utilizar produtos coadjuvantes da floculao, designados simplesmente por agents floculantes. Um floculante reune particulas numa rede, formando pontes de ligao entre