Precipita§£o, Coagula§£o e Flocula§£o

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Precipitação, Coagulação e Floculação. 13 de Março de 2007. Natureza das Impurezas na Água. As dimensões das impurezas nas águas podem variar 6 ordens de grandeza entre iões e moléculas em solução (~1Å = 10 -10 m) partículas em suspensão (até dimensões da ordem de 0,1mm = 10 -4 m). - PowerPoint PPT Presentation

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  • Precipitao, Coagulao e Floculao

    13 de Maro de 2007

  • Natureza das Impurezas na guaAs dimenses das impurezas nas guas podem variar 6 ordens de grandeza entreies e molculas em soluo (~1 = 10-10 m)partculas em suspenso (at dimenses da ordem de 0,1mm = 10-4 m).Estas partculas em suspenso podem ter caractersticas qumicas diversas e interessa que sejam eliminadas at um nvel compatvel com a utilizao que se pretende dar gua.Comea-se por rever alguns aspectos gerais sobre reaces qumicas com formao de precipitados.

  • Formao de PrecipitadosIes ncleos micelas (1000 ) (1)(10 )(ou partculas coloidais) CristalculosDisperses(microcristais)coloidais Peptizao coagulaoAgregadosPrecipitados gelatinosos cristalinosou floculentos

  • Mecanismo de Formao de Disperses ColoidaisPartculas slidas com pequenas dimenses (ex. micelas) podem ter ies fixados superfcie.Essa ies podem estar fixados por processos de adsoro ou por ionizao (cida) de grupos que se encontram na superfcie de slidos.Nas guas naturais ocorrem muitas vezes partculas de silicatos que, aos pH correntes em guas, esto ionizados ficando as partculas em suspenso com cargas negativas superfcie.

  • Formao de Dupla Camada ElctricaEsquema para ilustrar a formao da dupla camada elctrica numa partcula de silicato em suspenso

    Camada primria com carga negativaCamada de contra-ies onde predominam ies positivos em soluo e que permite assegurar a electroneutralidade deste sistema

  • Estabilizao de Suspenses Coloidais (Dupla Camada Elctrica) Como se viu no esquema, volta de cada partcula existe uma dupla camada elctrica:camada primria de ies fixos superfcie das partculas em suspenso.camada de contra-ies em soluo e que vo contrabalanar a carga elctrica da camada primria.Atendendo semelhana de cargas elctricas que as rodeiam, estas partculas em suspenso vo exercer entre si foras repulsivas que dificultam a sua aproximao e coalescncia podendo permanecer assim muito tempo sem precipitar.

  • Diagramas de Potenciais: Atractivos e RepulsivosNesta figura esto representados os potenciais atractivo (VA) e repulsivo (VR) bem como o resultante (VT) para duas concentraes de sais (CS>CS).Se duas partculas chocarem e conseguirem transpor a barreira de potencial podero coalescer.No caso da concentrao salina mais baixa pode haver dois mnimos

  • Estabilidade e Classificao de ColidesA maior parte dos sistemas coloidais so metaestveis ou instveis relativamente situao de separao de fases. Colide estvel significa que as partculas no vo formar agregados a uma velocidade aprecivel.A formao destes agregados de micelas bem como a velocidade a que se podem formar so aspectos importantes no tratamento de guas.

  • Coagulao e Floculao: Terminologia (1 de 2)As palavras Coagulao e Floculao tm sido muitas vezes usadas em Qumica como equivalentes para referir a formao de agregados de partculas coloidais.Convm ver o contexto em que estas palavras so usadas pois h autores que usam estas designaes com significado especfico diferente como, por exemplo, a coagulao de sangue. Para conseguir a agregao de micelas, h que proceder de modo a diminuir ou mesmo suprimir as foras repulsivas. Em tratamentos de guas, o termo Coagulao aplica-se usualmente desestabilizao das partculas coloidais para formao do pequenos agregados designados por cogulos.

  • Coagulao e Floculao: Terminologia (2 de 2)Os cogulos ainda apresentam dificuldades de separao sendo necessrio um passo complementar:A Floculao refere-se ao passo em que as partculas se vo juntar para formar agregados de maiores dimenses que se designam por flocos e que so mais fceis de separar da fase lquida.Havendo diversos factores em jogo, conveniente dispor de ensaios destinados a avaliar os comportamentos das partculas slidas em suspenso: No Jar test h um copo em que se tem um agitador accionado por motor elctrico (20 a 200rpm) e onde a amostra de gua pode ser ensaiada avaliando os efeitos que pode ter a adio de determinado agente qumico e em diferentes condies.

  • Uso de Agentes Qumicos para Desestabilizao de ColidesPode adicionar-se agentes qumicos para contrariar a aco as foras repulsivas que resultam das duplas camadas elctricas que se formam nas partculas em suspenso na guas.Deve ter-se em ateno o objectivo em vista que o tratamento das guas pelo que estes agentes no devem ser contaminantes txicos naquilo que se pretende que venha a ser uma gua potvel. H diferentes mecanismos em jogo que podem ser usados para atingir este fim e isso deve ser realizado de modo simples e rpido.

  • Mecanismos de Desestabilizao de ColidesComo se discutir a seguir, os mecanismos em jogo podem ser:Compresso da dupla camada elctrica diminuindo ea espessura da camada de contra-ies.Adsoro de ies para neutralizao de carga elctrica da camada primria.Arrastamento num precipitado volumoso de hidrxido de alumnio ou hidrxido de ferro(III).Uso de polmeros: Adsoro e formao de pontes entre partculas

  • Desestabilizao de Colides

    13 de Maro de 2007

  • 1) Compresso da Dupla Camada Em ensaios (do tipo jar test) so obtidas curvas como as apresentadas na figura e que permitem avaliar o comportamento do sistema: reduo da turbidez com o aumento de concentrao de electrlito. Nesta figura v-se que ies de maior carga so mais efectivos (regra de Shultze-Hardy).A adio dum electrlito reduz a espessura da camada de contra-ies diminuindo os potenciais repulsivos. Isso permite explicar a desestabilizao dos colides por este mecanismo.

  • 2) Adsoro e Neutralizao de CargaUma amina orgnica ao pH da gua est na forma de io alquilamnio e vai ser adsorvida superfcie da partcula slida neutralizando a carga da camada primria. Excesso de amina adsorvida vai promover a re-estabilizao o colide pois vai formar-se uma camada primria agora com carga positiva.Embora existam foras de atraco entre os ies positivos e as cargas negatvas da camada primria, nesta fixao de aminas superfcie da partcula slida, predominam foras de Van der Waals.

  • 3) Arrastamento num PrecipitadoJuntando gua sais de Al(III) ou Fe(III), a valores de pH prximos de 7 formam-se precipitados de hidrxidos dos ies metlicos. Estes precipitados bastante volumosos permitem o aprisionamento e susequente arrastamento de partculas em suspenso na gua.Neste diagrama, deve prestar-se ateno descida de turvao que ocorre a concentraes altas de Al(III). O efeito observado a concentraes mais baixas ser discutido no diapositivo 11.

  • Diagramas de Especiao do Al(III)Figura com fraces de alumnio(III) em diferentes formas. Simbologia ilustrada com os exemplos das espcies predominantes na soluo mais concentrada (0,1m): Al3+ (1,0), Al13(OH)327+ (13,32) e Al(OH)4- (1,4).

  • Diagramas de Especiao do Al(III) e Curva de SolubilidadeA cada espcie corresponde uma linha recta devido a que as escalas dos eixos so logartmicas. A curva que aparece a trao mais grosso corresponde soma das concentraes: solubilidade do alumnio em equilbrio com o hidrxido de alumnio slido.

  • Dosagens: Zonas de SobressaturaoPara assegurar uma precipitao rpida necessrio usar concentraes bastante superiores aos limites de solubilidade e as dosagens de coagulante so apontadas para as zonas de sobressaturao assinaladas na figura.

  • Uso de Polmeros com Formao de Pontes entre Partculas em SuspensoA adio de polmeros gua permite a formao de pontes entre partculas e que resultam da adsoro entre as partculas em suspenso e as molculas de polmero. Este polmeros podem ser neutros mas at podem ter carga do mesmo sinal das partculas a precipitar.Verifica-se que um excesso de polmero tambm vai fazer com que as partculas voltem a ficar em suspenso. Na figura seguinte, esto indicados mecanismos que permitem explicar estes efeitos.

  • Uso de PolmerosEste mecanismo especialmente til para a fase de floculao e as reaces 1 e 2 do uma descrio do mecanismo de actuao destes polmeros.As outras reaces permitem explicar as possibilidades de re-suspenso das partculas de slido devido a excesso de polmero.

  • Coagulao: Condies e DosagensA discusso das dosagens ptimas de coagulantes bem como a utilidade de coadjuvantes de precipitao pode ser facilitada mediante um diagrama de coagulao como o que se apresenta na figura seguinte. No grfico, esto assinaladas as zonas de coagulao em funo de concentrao de colide existente inicialmente na gua e concentrao de agente coagulante adicionado.

  • Dosagem de Coagulante e Concentrao de ColidesUm efeito que tinha sido referido no diapositivo 4 pode observar-se na figura (linha S2 assinalada com seta). Para concentraes baixas de coagulante, h uma coagulao na zona 2 . O aumento de concentrao provoca re-suspenso na zona 3. Na zona 4, h arrastamento pelo precipitado (sweep floc).

  • Consideraes sobre Tcnicas e Materiais UtilizadosPode observar-se na figura que mais fcil a coagulao para concentraes maiores de colides o que pode justificar a adio de auxiliares de coagulao como a bentonite ou slicas activadas nos casos das concentraes baixas de colide.Tanto para estes materiais como para os polielectrlitos ou outros agentes qumicos utilizados no tratamento de guas tem que haver respeito por normas de segurana para no haver o perigo de introduzir contaminantes txicos nas guas para consumo humano.

  • Transporte de Partculas (Floculao)

    13 e 20 de Maro de 2007

  • Transporte de Partculas (Floculao)Agitao trmica das partculas (movimentos brownianos).Movimentos no seio do fludo (agitao mecnica).Diferenas de velocidade de descida por aco da gravidade (as partculas mais rpidas podem chocar com as mais lentas).

  • Movimentos Brownianos (Floculao pericintica)Agitao trmica das partculas

    cef =