PRODUTOS QUÍMICOS PARA TRATAMENTO DE ÁGUA
1 - Qualidade
da Água
As águas naturais contêm substâncias e
elementos essenciais ao desenvolvimento do ser humano. Por outro lado, as águas
naturais podem conter organismos, substâncias, compostos e elementos
prejudiciais à saúde.
Água potável não é água pura, quimicamente falando. Na realidade, a água potável é uma solução de uma infinidade de substâncias, algumas das quais a água trouxe consigo da natureza e outras que podem ser introduzidas ao longo dos processos de tratamento.
2 - Qualidade
da água – Parâmetros
pH - É usado universalmente para exprimir a intensidade com que determinada
solução é ácida ou alcalina. Diz-se que a solução é ácida se seu pH é inferior
a 7, e que ela é alcalina se seu pH é superior a 7. Uma solução, cujo pH é
igual a 7, é neutra.
Para tratamento da água, o pH é, sem
dúvida, um dos mais importantes parâmetros uma vez que existe um pH ótimo de
floculação e decantação.
Cor - A
cor natural das águas potabilizáveis deve-se à variedade de substâncias que
podem estar presentes, sob forma de solução, A cor aparente é dada por uma água
não centrifugada e a real é dada após separarmos as partículas em suspensão
presentes.
Turbidez - Diz-se que a água é turva quando contém matérias em suspensão,
que interferem com a passagem da luz através dela, ou na qual é restringida a
visão em profundidade de certa amostra.
A turbidez das águas é devida à presença de
partículas em estado coloidal, em suspensão, matéria orgânica e inorgânica
finamente dividida, plancton e outros organismos microscópios.
Evidentemente ela tende a ser mais alta
nos cursos d'agua, nos quais a água está em constante agitação, e menor nos
lagos, nos quais o repouso da água permite a sedimentação das matérias em
suspensão. A turbidez pode variar de zero, em águas puras, até centenas ou
milhares de unidades, em cursos d'agua poluídos. As leituras são determinadas
são em unidades nefelométricas de turbidez (UNT ou NTU).
Alcalinidade - O termo alcalinidade traduz a capacidade de certa água em
neutralizar ácidos. Quanto maior a alcalinidade de uma água, maior é a
dificuldade que ela apresentará para variar seu pH quando lhe aplicamos um
ácido ou uma base.
De modo geral, a alcalinidade das águas
naturais está relacionada com a presença de sais de ácidos fracos,
especialmente bicarbonatos. Esses sais, quando presentes, resultam da ação da
água sobre os carbonatos presentes no solo, especialmente bicarbonatos de
cálcio. Em laboratório se determina os valores da alcalinidade total, da
alcalinidade de bicarbonatos e da alcalinidade de carbonatos.
Dureza - Denomina-se genericamente de águas duras aquelas que necessitam
de grandes quantidades de sabão para produzirem espuma, e que, além disto,
incrustam caldeiras, aquecedores, tubulações de água quente e outras unidades
em que a água escoa submetida a temperaturas elevadas.
Águas de superfície são mais brandas
que as subterrâneas. (poços) tendo em vista que a qualidade das águas reflete a
natureza das formações geológicas com as quais entra em contato. De modo geral,
ela é devida à presença de cálcio e magnésio.
Quando o cálcio e o magnésio ocorrem
nas águas naturais, eles costumam estar associados a carbonatos e bicarbonatos,
assim nossas águas, quando duras, em geral são também alcalinas. Por este
motivo, as análises de dureza expressam seus resultados em termos de CaCO3,
independentemente de seu agente causador.
Classificação para as águas, conforme
sua dureza:
Branda: 0 a 75 mg/l de CaCO3
Moderadamente dura: 75 a 150 mg/l de CaCO3
Dura: 150 a 300 mg/l de CaCO3
Muito dura: acima de 300 mg/l de CaCO3
Ferro - O
ferro é um dos metais mais abundantes da crosta terrestre. Pode ser encontrado
nas águas naturais em concentrações que variam de 0,5 a 50 mg/l.
É um elemento nutricional essencial ao
ser humano. Quando presente na água em sua forma solúvel, ele é incolor, porém
oxidado, devido à aeração ou cloração da água, ele se precipita na água com uma
cor avermelhada que tende a assustar os consumidores.
A Organização Mundial da Saúde não
estabelece concentrações limite para esse metal.
Cita que concentrações da ordem de 2
mg/l podem ser consumidas sem risco para a saúde, mas adverte que concentrações
superiores a esse valor podem levar à rejeição da água por parte dos
consumidores, por comunicarem-lhe certo sabor ou por razões estéticas.
Manganês - O manganês é um dos metais mais abundantes da crosta terrestre e
geralmente é encontrado junto com o ferro.
Quando presente na água em sua forma
solúvel, ele é incolor. Porém, se, por alguma razão, ele é oxidado (devido à
aeração ou cloração da água se precipita na água.
Esse precipitado tem cor negra e tende
a assustar os consumidores. Não existem estudos conclusivos capazes de associar
a presença de manganês à saúde humana. A Organização Mundial da Saúde
estabelece a concentração de 0,5 mg/l para esse metal, mas reconhece que
concentrações superiores a esse valor podem levar à rejeição da água por parte
dos consumidores, por razões estéticas.
Cloretos - A presença de cloretos na água pode estar atribuída à existência
de jazidas naturais no caminho percorrido por ela (salgema, por exemplo), e também
à poluição por esgotos sanitários e efluentes industriais.
Concentrações excessivas de cloretos
aceleram a corrosão dos metais. No caso de sistemas distribuidores construídos
utilizando tubulações metálicas, cloretos em excesso aumentarão a concentração
dos metais na água potável, em virtude da corrosão das canalizações.
Existem fontes mais importantes de
cloretos que a água potável às quais o ser humano se encontra exposto, tais
como as saladas consumidas nas refeições e que são temperadas com sal (cloreto
de sódio). Não obstante, concentrações de cloretos superiores a 250 mg/l causam
gosto perceptível à água, e tendem a ser rejeitadas.
Sulfatos - Diversos minerais presentes na natureza contém sulfatos,
podendo, por este motivo, atingir as águas. Entretanto, eles podem estar
presentes em efluentes de diversas atividades industriais, especialmente
químicas.
O íon sulfato é pouco tóxico, mas pode
ter efeito purgativo. O sulfato de magnésio foi utilizado durante muito tempo
com essa finalidade. O Valor limite de 500 mg/l foi estabelecido por essa
razão. A presença de sulfatos pode comunicar certo gosto perceptível pelo
consumidor, e contribuir para acelerar a corrosão dos materiais metálicos
componentes de redes distribuidoras.
Coliformes totais e fecais - As análises bacteriológicas visam à determinação da presença de
bactérias denominadas coliformes.
Tais bactérias vivem no trato
intestinal de animais de sangue quente, entre eles o homem, mas existem algumas
espécies de vida livre, isto é, que podem viver no solo.
Daí o fato de se efetuar análises para a
determinação de coliformes totais e fecais. A presença de coliformes fecais na
água indica a possibilidade de contaminação por fezes humanas, embora não
comprove. Por este motivo, diz-se que os coliformes são indicadores de
contaminação.
Ressalte-se que os coliformes, por si só, não são patogênicos quando presentes
nas concentrações usuais no ser humano, mas sua presença na água indica a
possibilidade da presença de organismos patogênicos.
Produtos
Químicos usados no Tratamento de Água
Coagulação - As impurezas contidas na água podem encontrar-se em Suspensão ou
Dissolvidas. As suspensões podem ser do tipo grosseiras, facilmente capazes de
flutuar ou decantar quando a água estiver em repouso (ex: folhas, sílica,
restos vegetais, etc.); podem ainda ser do tipo fino, representado pela
turbidez, bactérias, plankton, etc. e as coloidais, representadas pelas
emulsões (CO2), ferro e manganês oxidado, etc.
As impurezas dissolvidas são a dureza
(sais de cálcio e magnésio), ferro e manganês não oxidados. A coagulação tem
por objetivo aglomerar as impurezas que se encontram em suspensão ou em estado
coloidal e algumas que se encontram dissolvidas em partículas maiores que
possam ser removidas por decantação ou filtração.
Este fenômeno de aglomeração ocorre
devido à duas ações distintas:
(a) desestabilidade
por adição de produtos químicos que neutralizam as forcas elétricas superficiais
e se anulam as forcas repulsivas (coagulação) e
(b) aglomeração
dos colóides “descarregados” até a formação de flocos que sedimentam a uma
velocidade adequada. Esta aglomeração ou floculação é facilitada pela agitação
suave para facilitar o contato dos flocos uns com os outros sem, contudo,
quebrá-los.
Os reagentes
utilizados no processo de coagulação:
(a) Coagulantes,
geralmente de ferro ou alumínio são capazes de produzir hidróxidos gelatinosos
insolúveis e englobar as impurezas.
(b) Alcalinizantes
são capazes de conferir a alcalinidade necessária à coagulação (cal viva -
óxido de cálcio; hidróxido de cálcio; hidróxido de sódio – soda caustica;
carbonato de sódio – barrilha) e os
(c)Coadjuvantes
capazes de formar partículas mais densas e tornar os flocos mais lastrados
(argila, sílica ativa, polieletrólitos, etc.).
Os Coagulantes reagem com álcalis
produzindo hidróxidos gelatinosos que envolvem e adsorvem impurezas (remoção de
turbidez) e produzem íons trivalentes de cargas elétricas positivas, que atraem
e neutralizam as cargas elétricas dos colóides que, em geral são negativas
(remoção de cor).
Os fatores que influenciam a coagulação
são: espécie de coagulante, quantidade de coagulante, turbidez e cor a serem
removidas, teor bacteriológico, quantidade de colóides, quantidade de
emulsificantes, substancias coloridas diversas, alcalinidade, teor de ferro,
matéria orgânica, pH, há um pH ótimo de floculação, que é determinado
experimentalmente, tempo de misturas rápidas e lenta, temperatura, agitação e
presença de núcleos.
Coagulantes
Utilizados
O sulfato de alumínio é
o mais utilizado entre os coagulantes. É um sólido cristalino de cor
branco-acinzentada contendo 17% de Al2O3 solúvel em água. É disponível em
pedra, pó ou em soluções concentradas.
Na água o Al2(SO4)3 . 18H2O reage com a
alcalinidade natural formando o Al(OH)3. O Al(OH)3 irá formar os flocos e o CO2
é o responsável pelo aumento da acidez da água. Quando a alcalinidade natural é
reduzida, geralmente adiciona-se cal ((Ca(OH))2 ou carbonato de sódio Na2CO3.
Outros coagulantes
e adjuvantes
Alcalinizantes: Dentre os Alcalinizantes o mais utilizado, pelo seu baixo custo, é a
Cal (cal virgem ou viva, cal hidratada ou extinta, cal dolomítica, são outras
denominações do óxido de cálcio). Pode também ser utilizado o hidróxido de
cálcio [CaOH)2] e de misturas deste com o óxido de magnésio (MgO) e o hidróxido
de magnésio [Mg(OH)2].
Cal Virgem - Ca O da ordem 80% (rejeitar com menos de 70%)
Cal Hidratada - Ca O da ordem 90% (rejeitar <60 span="">60>
Carbonato de Sódio (barrilha) Na2CO3 - 99,4% de Na2 CO3 e 58 % de Na2O
Auxiliares de Coagulação: Dificuldades com a coagulação, frequentemente, ocorrem devido aos
precipitados de baixa decantação, ou flocos frágeis que são facilmente
fragmentados sob forças hidráulicas, nos decantadores e filtros de areia. Os
auxiliares de coagulação beneficiam a floculação, aumentando a decantação e o
enrijecimento dos flocos. Os materiais mais utilizados são os polieletrólitos,
a sílica ativada, agentes adsorventes de peso e oxidantes.
Polímeros Sintéticos ou Polieletrólitos: São substâncias químicas orgânicas de cadeia longa e alto peso
molecular, disponíveis numa variedade de nomes comerciais. Polieletrólitos são classificados
de acordo com a carga elétrica na cadeira do polímero, os carregados
positivamente são chamados de catiônicos e os que não possuem carga elétrica
são os não-iônicos. Os antônicos e os não-iônicos são geralmente utilizados com
coagulantes metálicos para promoverem a ligação entre os colóides, a fim de
desenvolver flocos maiores e mais resistentes.
A dosagem requerida de um auxiliar de
coagulação é da ordem de 0,1 a 1,0 mg/L. Na coagulação de algumas águas, os
polímeros podem promover floculação satisfatória, com significativa redução das
dosagens de sulfato de alumínio. As vantagens potenciais são a reduções da
quantidade de lodo e maior facilidade para desidratação.
Polímeros Catiônicos tem sido usados com sucesso, em alguns casos, como coagulantes
primários. Embora o custo destes polímeros seja maior que o do sulfato, as
dosagens requeridas são reduzidas, podendo igualar o custo final.
Adicionalmente, ao contrario do lodo gelatinoso e volumoso oriundo do sulfato
de alumínio, o lodo formado pelo uso de polímeros é mais denso e fácil de ser
desidratado, facilitando o manuseio e disposição. Algumas vezes, polímeros
catiônicos e não-iônicos podem ser usados conjuntamente para formar um fluxo
adequado, o primeiro sendo coagulante primário e segundo auxiliar de
coagulação. Apesar de diversos avanços neste campo, existem varias águas que
não podem ser tratadas apenas com polieletrólitos. Testes devem ser realizados
para obtenção da eficiência um polieletrólito no tratamento de uma determinada
água.
Sílica Ativada: É o silicato de sódio tratado com ácido sulfúrico, sulfato de
alumínio, dióxido de carbono ou cloro. Como auxiliar de coagulação ela
apresenta as seguintes vantagens: aumenta a tava de reação química, reduz a
dosagem de coagulante, aumenta a faixa de pH ótimo e produz um floco com
melhores propriedades de decantação e resistência. A desvantagem em relação aos
polieletrólitos é a necessidade de um controle preciso de preparo e dosagem.
Dosagem de 7 a 11% da dosagem do
coagulante primário expresso em mg/L de SiO2. Quando utilizada junto com o
sulfato de alumínio ou sulfato ferroso, a sílica, por sua elevada carga
negativa, promove a formação de flocos maiores, mais densos e resistentes, o
que aumenta a eficiência de coagulação. A sílica, mesmo um pequenas quantidades
causa prejuízos as caldeiras à vapor.
Argilas Bentoniticas: Usadas no
tratamento de águas contendo alto teor de cor, baixa turbidez e baixo conteúdo
mineral. Nestas condições, os flocos de Fe ou Al são demasiadamente leves para
decantar rapidamente. A adição da argila resulta num aumento de peso do floco
melhorando a decantabilidade. A dosagem deve ser feita na forma de testes mas
as dosagens são da ordem de 10 a 15 mg/L.
Carvão Ativado: Aplicam na forma de pó, tem grande poder de adsorção. É bastante
empregada no tratamento da água com gosto e odor provocador por material
orgânico.
Ácido Sulfúrico: É usado como auxiliar na coagulação de águas de cor e pH bastante
elevados.
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