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Química das Águas (Parte 3a) Purificação das águas: tratamento de água para abastecimento Estagiário: Felipe Dias dos Reis Universidade Federal de Juiz de Fora Instituto de Ciências Exatas – Departamento de Química Química Ambiental (2017/2)

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Química das Águas (Parte 3a)

Purificação das águas: tratamento de água para

abastecimento

Estagiário: Felipe Dias dos Reis

Universidade Federal de Juiz de ForaInstituto de Ciências Exatas – Departamento de Química

Química Ambiental (2017/2)

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Em aulas anteriores

A água é um recurso natural de valor agregado

Fontes (distribuição):

Formas mais acessíveis: Minas naturais; Poços; Lagos; Rios.

Figura: http://educador.brasilescola.uol.com.br/estrategias-ensino/a-distribuicao-agua-no-planeta.htm#,acessado em 27/08/17

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Consumo de água

De forma direta ou indireta, a água é utilizada emdiversas atividades humanas

Produção das garrafas: consome de 6 a 7 vezes o volume de água contida nela

http://blog.waycarbon.com/2014/01/o-consumo-de-agua-na-producao-de-agua/, acesso em 27/08/17

http://agenciabrasil.ebc.com.br/geral/noticia/2017-03/producao-de-alimentos-e-ate-de-celular-pode-reduzir-reservas-de-agua-alerta,acesso em 28/07/17

Produção de 1 maçã: consome cerca de 125 L de água

Produção de 1 kg de carne bovina: consome cerca de 15.000 L de água

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Consumo de água

Laboratórios também representam um elevado consumo

http://www.ct.ufrgs.br/leamet/gestao/FIEMA2012_Destiladores.pdf, acesso em 27/08/17

Para produção de 1 L de água destilada, cerca de 25 L de água de abastecimento são desperdiçados

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Consumo versus disponibilidade

CONSUMO DISPONIBILIDADE

Onde vamos parar?

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Contaminações

Água doce acessívelestá susceptível acontaminações!!!

http://educador.brasilescola.uol.com.br/estrategias-ensino/a-distribuicao-agua-no-planeta.htm#,acessado em 27/08/17

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Fontes de água potável

ÁGUAS SUPERFICIAIS

Aquelas que se acumulam na superfície, podendo formar rios, lagos, pântanos, etc

Mais fácil acesso Muito susceptíveis à contaminação Devido ao fácil acesso, é mais fácil de tratar

7http://www.pensamentoverde.com.br/meio-ambiente/o-que-sao-aguas-superficiais/

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Fontes de água potável

ÁGUAS SUBTERRÂNEAS

Aquelas que ocorrem abaixo da superfície daTerra, preenchendo os poros intergranulares derochas sedimentares ou fraturas, falhas efissuras de rochas compactas

8http://www.abas.org/educacao.php

Acesso mais difícil Um pouco mais protegidas contra contaminações Grande dificuldade no tratamento

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Contaminações

Esgoto doméstico

Resíduos industriais

9http://portalregiaooeste.com.br/esgoto-nao-canalizado-em-osasco-encheria-7-piscinas-olimpicas-por-dia/http://g1.globo.com/sp/piracicaba-regiao/noticia/2014/06/pcj-propoe-uso-intercalado-de-agua-na-industria-agricultura-e-area-urbana.html

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Contaminações

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Em aulas anteriores

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Água para abastecimento:

Oxigênio dissolvido Coliformes fecais pH Demanda bioquímica de oxigênio Nitratos Fosfatos Variação na temperatura Turbidez Resíduos totais

Índice de Qualidade das Águas(IQA)

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Saneamento básico no Brasil

12http://www.tratabrasil.org.br/saneamento-no-brasil

83% são atendidos com abastecimento de água tratada

Mais de 35 milhões de brasileiros não sãoabastecidos com água tratada!

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Saneamento básico no Brasil

13http://www.tratabrasil.org.br/saneamento-no-brasil

50% tem acesso à coleta de esgoto

Mais de 100 milhões de brasileiros não têmacesso a esse serviço!

Somente 43% dos esgotos coletados são tratados

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Sistema de abastecimento de água

14http://www.copasa.com.br/wps/portal/internet/agua-de-qualidade/tratamento-da-agua

Para a construção de um sistema de abastecimento de água, é necessário definir:

A população a ser abastecida A taxa de crescimento da cidade e suas necessidades industriais

Sistema projetado para servir à comunidade, durantemuitos anos, com quantidade suficiente de água tratada

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Sistema de abastecimento de água

15http://www.copasa.com.br/wps/portal/internet/agua-de-qualidade/tratamento-da-agua

Sistema convencional:

Captação Adução Estação de tratamento Reservação Redes de distribuição Ligações Domiciliares

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Captação

16http://www.copasa.com.br/wps/portal/internet/agua-de-qualidade/tratamento-da-agua

Seleção da fonte abastecedora: encontrar ummanancial com vazão capaz de proporcionarperfeito abastecimento à comunidade

Localização da fonte Topografia da região Possíveis focos de contaminação

Importante:

Eliminação de elementosmacroscópicos, como folhas,galhos e outros detritos

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Adução

17http://www.copasa.com.br/wps/portal/internet/agua-de-qualidade/tratamento-da-agua

Processo de condução da água até os locaisadequados

Por isso é importante escolher bem a localização da fonte, quando possível Deve ser levado em consideração os custos para construção de dutos Garantir que no processo de adução na aja contaminação

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Estação de Tratamento de Água (ETA)

18http://www.copasa.com.br/wps/portal/internet/agua-de-qualidade/tratamento-da-agua

Local onde a água é tratada. Lá acontece:

A remoção de material particulado, bactérias e algas Remoção da matéria orgânica dissolvida Remoção ou destruição de organismos patogênicos

Esses processos podem ter variações dependendo dafonte da água e da qualidade a ser alcançada

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Etapas do Tratamento

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Aeração

http://www.manutencaoesuprimentos.com.br/conteudo/4705-o-que-e-um-tanque-de-aeracao/

Remoção de gases dissolvidos como H2S eorganossulfurados

Remoção de compostos orgânicos voláteis

PRÉ-TRATAMENTO

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Etapas do Tratamento

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Pré-alcalinização

Adição de CaO (cal) ou NaOH (soda cáustica) paraajustar o pH para as próximas etapas

PRÉ-TRATAMENTO

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Etapas do Tratamento

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Coagulação

Etapa onde partículas pequenas, que não sedecantam, são aglutinadas

É adicionado algum agente coagulante, como sulfatode alumínio, sais de ferro (III) e polímeros orgânicos

PRÉ-TRATAMENTO

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Etapas do Tratamento

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Coagulação

Essas partículas que não se decantam podem serpoeira e também partículas coloidais (tamanhos de 1a 100 nm)

Esses tipos de partículas não podem sersedimentadas nem filtradas por métodosconvencionais

PRÉ-TRATAMENTO

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Etapas do Tratamento

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Coagulação

O agente coagulante é adicionado e, em seguida, épromovida uma agitação violenta

As partículas de sujeira são desestabilizadas e suaagregação é facilitada

𝐴𝑙2 𝑆𝑂4 3 (𝑎𝑎) + 6𝐻2𝑂(𝑙)՜2𝐴𝑙 𝑂𝐻 3 (𝑠) + 6𝐻(𝑎𝑞)+ + 3𝑆𝑂4 (𝑎𝑞)

2−

O sólido gelatinoso encapsula as partículas suspensasna água

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Etapas do Tratamento

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Floculação

Depois da coagulação, a água é levada para tanquesmenores, com pouca agitação

As partículas desestabilizadas anteriormente colidemumas com as outras e se agregam mais, formandoflocos

Esse processo é mais lento que a coagulação

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Etapas do Tratamento

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Decantação

Processo onde a água é mantida em repousa paraque os flocos se depositem

Esse processo dura cerca de 3h

http://estacaodetratamentodeagua.blogspot.com.br/p/fotos.html

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Etapas do Tratamento

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Decantação

O material residual formado é o lodo

Formado por matéria orgânica, hidróxido de alumínioe outras impurezas

Esses resíduos precisam ser tratados posteriormente

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Etapas do Tratamento

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Filtração

As águas da superfície dos decantares são recolhidase encaminhadas para uma série de filtros

Na etapa de filtração, as impurezas não eliminadaspelos decantadores são retidas

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Etapas do Tratamento

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Filtração

Nesta etapa todas as partículas sólidas são retiradas

Inclusive substâncias solúveis podem ser retiradasatravés de adsorção em carvão

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Etapas do Tratamento

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Desinfecção

O método mais comum é a cloração Nessa etapa é segura, já que a matéria orgânica já foi

eliminada

São utilizados, normalmente, hipoclorito de sódio oucálcio ou cloro gasoso

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Etapas do Tratamento

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Cloração

𝐶𝑙2(𝑔) + 2 𝐻2𝑂(𝑙)՜𝑯𝑶𝑪𝒍(𝒂𝒒) +𝐻3𝑂(𝑎𝑞)+ + 𝐶𝑙(𝑎𝑞)

𝑯𝑶𝑪𝒍(𝒂𝒒) +𝐻2𝑂(𝑙) ⇌ 𝐻3𝑂(𝑎𝑞)+ + 𝑂𝐶𝑙(𝑎𝑞)

A partir de Cl2:

HOCl é a substância ativa!

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Etapas do Tratamento

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Cloração

𝑁𝑎𝑂𝐶𝑙(𝑠) + 𝐻2𝑂(𝑙) ⇌ 𝑯𝑶𝑪𝒍(𝒂𝒒) + 𝑁𝑎(𝑎𝑞)+ + 𝑂𝐻(𝑎𝑞)

𝐶𝑎(𝑂𝐶𝑙)2(𝑠) + 2 𝐻2𝑂(𝑙) ⇌ 𝟐𝑯𝑶𝑪𝒍(𝒂𝒒) + 𝐶𝑎(𝑎𝑞)2+ + 2 𝑂𝐻(𝑎𝑞)

A partir de NaOCl e Ca(OCl)2:

HOCl é a substância ativa!

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Etapas do Tratamento

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Cloração

Função do HOCl: destruição de microorganismos

O HOCl passa facilmente através das membranas celulares dos microorganismos

http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/biologia/a-descoberta-celula.htm

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Etapas do Tratamento

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O HOCl também é um agende oxidante e umagente de cloração

Perigo em contato com compostos orgânicos: formação de trialometanos (THMs)

Um dos mais preocupantes é clorofórmio (CHCl3), que écarcinógeno e pode atingir o sistema nervoso central ecardiovascular

Cloração

Pré-cloração não é mais empregada!

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Etapas do Tratamento

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Cloração

Além da simplicidade operacional, a cloração aindapermite garantir a continuidade da desinfecção

O excesso adequado de ácido hipocloroso garante adesinfecção nas próximas etapas da rede dedistribuição

O método é confiável e de baixo custo

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Etapas do Tratamento

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Desinfecção

A fluoretação também pode ser utilizada como etapaadicional, com o objetivo de diminuir a ocorrência decárie na população

O flúor é adicionado através de fluoreto de cálcio,fluoreto de sódio, ácido fluorsilícico e fluorsilicato desódio

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Etapas do Tratamento

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Etapas finais

Análises físico-químicas e microbiológicas para atestara qualidade da água