Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti
A PURIFICAÇÃO DE
ÁGUAS POLUÍDAS
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Introdução
•A humanidade vêm se preocupando com a poluição das águas superficiais
•A partir dos anos 80 a humanidade começou a se preocupar com a poluição das
águas subterrâneas
•A despoluição das águas superficiais são mais fáceis e mais baratas
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Tabela 1. Compostos orgânicos comumente encontrados em águas
subterrâneas nos EUA utilizadas pelas comunidades e suas propriedades
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•Além dos compostos citados na tabela 1 encontrou-se pesticidas, em
níveis de ppb
Chorume = líquido que contém material dissolvido e em suspensão
proveniente de uma fonte tesrrestre
•As maiores origens de contaminantes de chorume são os aterros de lixo
•Nas áreas rurais ocorre muito a contaminação por pesticidas, como a
atrazina
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Contaminantes orgânicos típicos:
- Solventes clorados (C2HCl3, C2Cl4)
- Hidrocarbonetos da gasolina ( so BTXs)
•O comportamento dos compostos orgânicos que migram para o lençol
depende significativamente de sua densidade relativa à da água
- Compostos menos densos ficam na superfície
-Compostos mais densos descem até a parte mais profunda dos
aqüíferos
•Com o passar dos anos os compostos vão se solubilizando e contaminando
todo o aqüífero
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Figura 1. Contaminação de águas subterrâneas por produtos
químicos orgânicos.
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•Não existe um modo fácil para a descontaminação dos aqüíferos
- O controle consiste no bombeio e tratamento da água
- A água tratada pode ser devolvida ao aqüífero ou armazenada em
outro local
- Outra maneira e a utilização da água contaminada para a irrigação
através da pulverização
•As grandes indústrias estão mais responsáveis no descarte de resíduos
orgânicos
•As pequenas indústrias e municípios não controlam o descarte de resíduos
orgânicos
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•A gasolina penetra no solo através de derramamentos na superfície,
vazamentos de tanques ou rupturas de oleodutos
- Os seus componentes são lixiviados na água e possuem grande
mobilidade
- O BTX é o componente mais solúvel, podendo ter concentrações de
1 a 50 ppb
- Os benzenos alquilados são degradados por bactérias
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•O contaminante inorgânico mais preocupante é o íon nitrato, NO3ppm
- Em águas não contaminadas a sua concentração é menor de 2
- Em águas contaminadas esse valor pode exceder 10 ppm
•Em aqüíferos mais profundos essa contaminação não é observada:
- longe das fontes contaminantes
- ocorre desnitrificação
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Principais fontes de nitrato:
- fertilizantes nitrogenados
- inorgânico (17 milhões toneladas)
- esterco animal (7 milhões toneladas)
- deposição atmosférica
- esgoto doméstico
•Na maioria dos casos, as formas originais do nitrogênio são oxidadas para
nitrato no solo e este migra para as águas subterrâneas
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A purificação da água potável
•A qualidade da água bruta, não tratada, pode variar de quase pura até a
altamente poluída
•O tipo de tratamento vai variar de acordo com os contaminantes
presente na água
•A desinfecção da água pode ser realizada utilizando-se Cl2 ou KMnO4
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Figura 2. Etapas comuns de purificação da água potável.
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As etapas da purificação
Aeração
•A aeração é comumente usada para a melhoria da qualidade da água
- retirada de gases como o H2S
- oxidação de compostos orgânicos com a formação de CO2
- oxidação do Fe2+ (solúvel) para Fe3+ que forma hidróxidos
insolúveis
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Decantação
•Em várias estações de tratamento permite-se a decantação da água
bruta
•Partículas muito pequenas (diâmetro de 0,001 a 1,0 m) não se
decantam facilmente
•Para capturar estas partículas coloidais são utilizados Fe2(SO4)3 e
Al2(SO4)3 que formam hidróxidos gelatinos
•A retirada destes precipitados clareia a água
•Após a remoção das partículas coloidais é efetuada uma filtração
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Remoção da dureza
•As águas provenientes de leitos com rochas calcáricas possuem quantidades
significantes de Ca2+ e Mg2+
•A remoção do Ca2+ ocorre através da adição de íon fosfato ou por formação
de CaCO3
•A remoção do Mg2+ ocorre pela formação de Mg(OH)2
•Após a remoção do CaCO3 e do Mg(OH)2 o pH é reajustado por
borbulhamento de CO2
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Desinfecção
Ozônio
•Para livrar a água de bactérias e vírus nocivos utiliza-se o O3
•O O3 é gerado in situ, devido a sua instabilidade, através de descargas de
20.000volts em ar seco
•10 minutos de aeração são suficientes
•A reação do O3 em águas com bromo leva a formação de compostos tóxicos
e cancerígenos
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Dióxido de cloro
•As moléculas de ClO2• operam oxidando moléculas orgânicas
•A utilização de ClO2• gera menos subprodutos orgânicos tóxicos do que na
utilização de Cl2
•O ClO2• é gerado in situ, devido a sua periculosidade
•Algum ClO2• é convertido em íons ClO2- e ClO3-, que causam problemas de
saúde
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A luz ultravioleta
•Lâmpadas de mercúrio emitem luz UV-C são mergulhadas no fluxo da água
por 10 segundos para eliminar microorganismos tóxicos
•A luz UV decompõem o DNA dos microorganismo
•O ferro e substâncias húmicas podem absorver a luz UV, prejudicando a
desinfecção
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Desinfecção da água por cloração
•O agente mais utilizado é o ácido hipocloroso, HOCl
•Mata facilmente os microorganismos
•Pode formar substâncias organocloradas, como o CHCl3
•O CHCl3 é suspeito de ser carcinogênico para o fígado humano
•O limite aceitável é de 100 ppb
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A contaminação de águas superficiais por fosfatos
Nos anos 60 houve a contaminação do Lago Erie por íons fosfato
- polifosfatos de detergentes
- esgoto bruto
- fertilizantes a base de fosfato
•O fosfato é o nutriente limitante do crescimento de algas
•A morte das algas propicia a depleção do O2
•A falta de O2 ocasionou a morte dos peixes
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•A presença de Ca2+ e Mg2+ prejudica o potencial de limpeza do detergente
•Os íons polifosfato são adicionados ao detergente para melhorar a
operação limpante
Figura 3. Estrutura do íon polifosfato (a) não complexado; (b)
complexado com íon cálcio.
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•Outro papel do sequestrante é tornar a água um pouco alcalina,
necessária para ajudar na remoção de sujeira
•O íon tripolifosfato (TPF) é lentamente transformado em íon fosfato
P3O105- + 2H2O  3PO42- + 4H+
•Os TPF foram substituídos pelo nitrilotriacetato de sódio (NTA)
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Figura 4. Estrutura do íon nitrilotriacetato (NTA): (a) não
complexado; (b) complexado com íon cálcio.
O íon fosfato pode ser removido das águas residuais por adição de
Ca(OH)2, formando Ca3(PO4)2 e Ca(PO4)3OH, insolúveis
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O tratamento de águas residuais e de esgoto
O principal componente do esgoto é o material orgânico
Figura 5. Etapas comuns do tratamento de águas residuais.
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Tratamento Primário (ou mecânico)
•Remoção de partículas maiores
•O lodo é constituído de matéria orgânica e é autodigerido por via
anaeróbica
•O lodo pode ser incinerado, descartado ou utilizado como fertilizante
Tratamento Secundário (ou biológico)
•Grande parte do material orgânico é oxidado por microorganismos até
CO2
•Poucos municípios aplicam o tratamento terciário
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Tratamento Terciário
•Redução da DBO por adição de sais de alumínio
•Remoção de compostos orgânicos dissolvidos por carvão ativado
•Remoção de fosfatos por precipitação como sais de cálcio
•Remoção de metais pesados por adição de íons hidróxido
•Remoção de ferro por aeração
A decomposição de substâncias orgânicas e biológicas durante o
tratamento secundário produz sais inorgânicos
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Estes sais podem ser removidos através de várias técnicas:
Osmose reversa: A água passa sob pressão através de uma membrana que os
íons não atravessam
Figura 6. Dessalinização da
água por osmose reversa.
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•Esta técnica é utilizada em Israel para produzir água potável a partir de
água salgada do mar
•É indicada para remover íons de metais alcalinos, metais alcalinos
terrosos e sais de metais pesados
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Eletrodiálise: Uma série de membranas permeáveis a pequenos cátions ou a
pequenos ânios inorgânicos são colocados de forma alternada no interior de
uma célula elétrica
Figura 7. Unidade de eletrodiálise
(esquemática) para dessalinização
de água.
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•A água concentrada em íons é descartada e a água purificada é liberada
para o meio ambiente
•Esta tecnologia também pode
potabilização de água do mar
ser
utilizada
para
dessalinização
e
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Troca iônica: Alguns sólidos poliméricos contêm sítios que podem reter íons
de maneira relativamente fraca, o que torna possível esse íon ser trocado
por um outro de mesma carga
•Os sítios de troca de uma resina catiônica encontram-se ocupados
inicialmente por H+
•Os sítios de troca de uma resina aniônica encontram-se ocupados por OH•Quando água poluída por íons M+ e X- passa por estas resinas temos a
substituição de H+ por M+ e a substituição de OH- por X-
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Em algumas águas é necessário a remoção de compostos nitrogenados
- elevação do pH transforma o íon amônio em amônia, que pode ser
retirada por borbulhamento de ar
- troca iônica
- bactérias nitrificantes
•Em alguns casos, a água produzida no tratamento terciário pode ser
utilizada para consumo
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O tratamento de cianetos e metais em águas residuais
•O cianeto (CN-) é utilizado para a extração de metais em misturas (Au, Cd,
Ni)
•O CN- é muito venenoso para os animais, pois liga-se ao ferro das proteínas
•Para eliminar o cianeto pode-se:
- oxidar o carbono com a utilização de O2, altas temperaturas e
pressões
- oxidar o carbono e nitrogênio com a utilização de Cl2, H2O2
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Processos fotocatalíticos
Outra tecnologia inovadora no tratamento de águas residuais envolve a
radiação de luz UV de fotocatalisadores semicondutores sólidos, como o
TiO2, na forma de pequenas partículas suspensas na solução
Motivos para a escolha do TiO2:
- atóxico
- resistente a fotocorrosão
- barato
- abundante
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•A irradiação com luz (<385nm) produz e- na banda de condução do óxido
metálico e buracos positivos, h+, na banda de valência do mesmo
•Os buracos reagem com OH- produzindo OH•
h+ + OH-  OH•
h+ + H2O  OH• + H+
•Estes radicais degradam os poluentes
•Este processo é relativamente caro, pois demanda muita energia para gerar
a luz UV
•Em alguns lugares revestem-se as paredes com TiO2 que juntamente com a
radiação UV emanada pelas lâmpadas fluorescentes eliminam poluentes
gasosos
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Degradação redutiva de compostos clorados
•Alguns compostos totalmente halogenados reagem lentamente com OH•
•A reação para estas espécies é mais rápida com processos redutivos
•Cria-se um ânion doador de e-, que transfere seu excesso de carga para o
composto per-halogenado, formando um radical livre reativo que é oxidado
em seguida
CO2-• + CCl4  CO2 + [CCl4-•]  CO2 + CCl3• + Cl-
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Remediação in situ de águas subterrâneas contendo organoclorados
•Este processo foi desenvolvido por Robert Gillham, University of Waterloo,
Ontário
•Baseia-se na construção de um muro permeável subterrâneo perpendicular à
direção do fluxo de água
•A água purifica-se ao passar através do muro, não sendo necessária o seu
bombeamento para fora do subsolo
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Figura 8. Purificação in situ de águas subterrâneas por meio de
um muro de ferro
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•Entre as camadas de areia são colocadas pequenos grânulos de ferro metálico
•O ferro em contato com compostos organoclorados atua como agente
oxidante
Fe(s)  Fe2+ (aq) + 2e•Os e- são doados para os compostos organoclorados que são adsorvidos sobre
o metal
•O cloro destes compostos são reduzidos para Cl- e liberados na solução
•O ferro reduz os íons Cr6+, solúveis, para óxidos insolúveis de Cr3+
•A adição de Ni aumenta a velocidade por um fator de 10