Pré-Tratamentos (pré-oxidação, ajuste de pH e abrandamento)

Dependendo das características químicas e físico-químicas da água a ser tratada, além do fim a que se destina, será necessária a realização de algumas etapas preliminares com o intuito de auxiliar a remoção dos contaminantes nas etapas subsequentes do tratamento. Tais etapas compreendem a adição de reagentes químicos utilizados para precipitar íons que se encontram dissolvidos na água.

Oxidação química é um processo onde o estado de oxidação (perda de elétrons) de uma substância aumenta, e tem como objetivo converter espécies químicas indesejáveis em espécies não prejudiciais ou degenerativas à qualidade da água.

Substâncias tóxicas ou degenerativas incluem:

- substâncias inorgânicas (Mn2+, Fe2+, S2-, CN-, SO32-);

- substâncias orgânicas (fenóis, aminas, ácidos, bactérias, algas, agentes de cor e odor indesejáveis);

De acordo com a teoria geral da troca de elétrons, qualquer material com a capacidade de ser receptor de elétrons pode ser um agente oxidante e qualquer material com capacidade de doar elétrons pode ser um agente redutor. Dependendo do estado de oxidação e das condições de reação, um elemento pode ser tanto redutor quanto oxidante (ex. FeII e FeIII). Os oxidantes mais eficientes e abrangentes são o oxigênio, o ozônio e o permanganato de potássio.

O oxigênio como oxidante é economicamente interessante pois pode ser aplicado na forma de aeração. Sua limitação reside no longo tempo de processo quando não se utiliza catalisadores, pois é pouco solúvel em água e sua reatividade é baixa em pressões e temperaturas comuns.

O ozônio é um poderoso oxidante que age com a maioria dos compostos orgânicos e microrganismos presentes na água e não fornece à água cor e odores desagradáveis. É produzido a partir do oxigênio com uso de descargas elétricas. Em geral pode ser utilizado para desinfecção, remoção de cor, odor e gosto, remoção de ferro e manganês e oxidação de cianidro. As desvantagens são relativas ao alto custo e baixa eficiência em sua produção, dificuldade de utilização, toxicidade e corrosividade. O ozônio é termodinamicamente muito instável.

O permanganato de potássio é um poderoso agente oxidante. Mata e previne uma grande variedade de algas e microrganismos; reage com todas as substâncias inorgânicas e orgânicas citadas anteriormente; é de fácil adaptação aos processos convencionais de tratamento, monitoração e alimentação; não provoca gosto nem odor na água. Foi observada a viabilidade econômica e a eficiência deste processo que pode ser combinado com outras etapas de tratamento.

O cloro (hipoclorito) e o dióxido de cloro são oxidantes moderados e usualmente empregados para oxidar H2S, NO2-, Mn2+, Fe2+ e CN-. Geralmente utilizados para

desinfecção. Sua efetividade aumenta com o pH. Reagente barato e de fácil manuseio. Forma compostos intermediários como clorofenóis e outros organoclorados.

REMOÇÃO DE FERRO E MANGANÊS

Para ilustrar, um exemplo típico do processo de oxidação é a remoção de ferro e manganês, que pode ser feita via aeração ou pela adição de um oxidante forte, ou pela combinação dos dois processos.

As formas solúveis mais comuns do Fe e do Mn presentes nas águas naturais são suas formas divalentes (Fe2+ e Mn2+). Os produtos da oxidação destes metais e suas respectivas solubilidades vão depender de uma série de fatores, mas principalmente do agente oxidante e do pH do meio.

Oxigênio (ar) como agente oxidante:

4 Fe2+ + O2 + 10 H2O 4 Fe(OH)3↓ + 8 H+ (pH > 7.0)

Mn2+ + O2 + H2O MnO2 + outros produtos (pH ≥ 9,5)

O uso de outros agentes oxidantes, tais como ClOH, ClO-, ClO2, H2O2 e até mesmo o

permanganato de potássio irão auxiliar a oxidação pela aeração, abaixando o pH das equações acima.

TRATAMENTO DE ÁGUAS DE CALDEIRAS

A presença de sais de Cálcio e de Magnésio conferem à água uma qualidade a qual denominou-se de Dureza1. A operação de remoção da dureza da água é chamada de abrandamento e é essencialmente um problema econômico ao se projetar uma instalação de tratamento, devendo-se contrabalançar o custo da água tratada com as economias que ela pode trazer.(menor consumo de sabão, menos gastos na manutenção de caldeiras, etc.).

Os principais métodos usados na remoção da dureza da água são os processos cal e soda e o processo dos zeólitos ou permutas.

O processo cal e soda consiste na adição de cal (CaO) e soda (NaOH) na água, resultando num precipitado de carbonato de cálcio e hidróxido de magnésio, que se elimina por decantação. A água decantada contém sempre uma pequena quantidade de CaCO3 e

Mg(OH)2 em suspensão (devido ao equilíbrio se conseguir muito lentamente), e para evitar

que na areia dos filtros se produzam depósitos trata-se a água com CO2 antes da entrada. Esta

etapa denomina-se “re-carbonatação”, então os carbonatos de cálcio e magnésio são novamente dissolvidos, aumentando um pouco a dureza final.

A eliminação de matérias coloidais e em suspensão pode ser feita ao mesmo tempo que a remoção da dureza usando-se coagulantes (como será visto mais adiante).

O processo dos zeolitos ou permutas, consiste em trocar os íons de cálcio e magnésio por íons de sódio. Recupera-se os zeolitos com uma solução concentrada de NaCl. Com unidades de zeolitos a dureza pode ser reduzida a zero. A capacidade de remoção para zeolitos sintéticos varia de 18,4 a 27,5 kg/m3_{, adotando-se para projetos o valor de 23 kg/m}3_.

Este processo de troca iônica é recomendado para águas limpas, pois as partículas responsáveis pela turbidez colmatariam rapidamente os zeolitos anulando seus efeitos.

Para ilustrar, um exemplo da etapa de abrandamento, realizado pelo processo químico de adição de cal e barrilha (ou soda), ou pelo processo de troca iônica. As reações que envolvem o abrandamento fazem parte do equilíbrio carbônico da água, sendo altamente dependente do pH.

Equilíbrio H2CO3 + CO32- 2 HCO3- (pH = 4,5)

Carbônico HCO3- CO32- + H+ (pH = 8,3)

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2CaCO3↓ + 2H2O dureza

Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 Mg(OH)2↓ + 2CaCO3↓ + 2H2O carbonatada

Ca(HCO3)2 + 2NaOH CaCO3↓ + Na2CO3 + 2H2O (não permanente

ou temporária)2 CaSO4 + Na2CO3 CaCO3↓ + Na2SO4

MgSO4 + Na2CO3 + Ca(OH)2 Mg(OH)2↓ + CaCO3↓ + Na2SO4

Dureza permanente

Al2(SO4)3 + 3 Ca(HCO3)2 Al(OH)3↓ + 3 CaSO4 + 6CO2

1 _{Mole: < 55 mg/L; levemente dura: 56 a 100 mg/L; moderadamente dura: 101 a 200 mg/L; muito dura: >200}

mg/L.