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. Coagulação
Camada 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
aproximação das partículas.
Redução do potencial zeta.
melhor
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 ShultzeHardy).
• 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.
Coagulação - mecanismos
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).
Reação 1
Adsorção inicial – dosagem ótima
Uso de Polímero Coadjuvante
Reação 2
Formação do floco
Reação 3
Adsorção secundária
• Mecanismo útil para a
fase de floculação e as
reações 1 e 2 dão uma
descrição do
mecanismo de atuação
destes polímeros.
Reação 4 Adsorção
Excesso dosagem
Reação 5
Ruptura do floco
Floco
Reação 6
Adsorção secundária
Floco fragmentado
Partícula reestabilizada
Tipos de coagulantes
1. Alumínio
Al2(SO4)3 + 18H2O + 3Ca(OH)2 → 3CaSO4 +
2Al(OH)↓+ 18H2O
pH 6-8
Consumo da alcalinidade
13 Al+3 + 28 H2O ↔ Al13O4(OH)
+ 32 H⁺
natural24+7
da água
pH < 5,7
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 + 6CO2
FeSO4 + 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 Coagulação
Principais 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
HClO + H+ + Cl- (Ác. Hipocloroso)
ClO- + H+ (Hipoclorito)
HClO- principal agente desinfetante
HClO + 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.