Aula 9 – Produtos Químicos Utilizados no Tratamento de Água.
Bom caro estudante, até esta aula já temos tantas informações, ne verdade?
Mantenha o foco, pois, se você chegou até aqui, não é hora de desistir.
Essa aula veremos os processos de tratamento detalhadamente, produtos químicos utilizados e suas aplicações, características físico-químicas da água, enfim, tudo que estiver ligado ao tratamento.
Vamos dividir os produtos químicos mais comuns às suas aplicações logo de cara, acompanhe:
Coagulantes – Responsáveis por reagir com as substâncias orgânicas, sais dissolvidos, metais pesados, partículas em suspensão presentes na água, agregando-as no que chamamos de flocos. Podemos dizer então que a coagulação é um processo químico usado para desestabilizar partículas coloidais.
Esses coagulantes são insolúveis na água e geram íons positivos (cátions) que atraem as impurezas carregadas negativamente nas águas.
Diversos fatores podem levar a escolha do coagulante ideal quanto à:
- Sua eficiência na variação da temperatura, pH, alcalinidade;
- Geração de resíduos;
- Nos custos operacionais;
- Acidez, porcentagem de ácidos livres, ou pré-neutralização;
- Concentração de qualquer contaminante, material inerte, indícios de metais pesados e outros;
- Temperatura de Cristalização e Congelamento, no caso de locais (países) de baixas temperaturas;
- Corrosividade e compatibilidade com os materiais que serão armazenados e tubulações onde serão transportados;
- Viscosidade;
- Compatibilidade quando na adição com outros produtos químicos.
Importante ressaltar que a depender do coagulante e seu estado físico, este pode gerar mais ou menos resíduos, ter em sua composição outras substâncias como metais pesados oriundos do processo de fabricação, por ser uma substância ácida, afeta diretamente na acidez da água no processo de neutralização das partículas coloidais.
Um detalhe muito interessante é o fato de que a verificação tanto da alcalinidade quanto do pH da água antes e depois da aplicação do coagulante, pode nortear a eficiência na dosagem deste, já que eles reagem diretamente com a alcalinidade disponível na água bruta e por ser ácido, pode atenuar os níveis do pH. O que quero dizer é que, se uma água sofreu grande alteração nos níveis de acidez após a adição do coagulante e grande queda ou ausência de alcalinidade, pode indicar excesso na dosagem e consecutivamente coagulante residual.1
No Brasil o coagulante mais utilizado é o Sulfato de Alumínio Al2(SO4)3,2podendo variar de seu estado físico, se líquido ou sólido, mas existem outros a serem utilizados como o:
1 Sobra, excesso.
2 Alumínio - Al2 Sulfato -SO4
a) Sulfato Férrico – Estudos mostraram que este coagulante tem influência direta com a variação de temperatura, sabendo- se que é eficiente em temperaturas variando de 16ºC até 22ºC, acima disso, há uma tendência de aumento de dosagem e perda da eficiência na remoção de cor e turbidez. Em temperaturas próximas a 30ºC3, ele apresenta eficiência média de 60% na remoção da cor e da turbidez.
b) Cloreto Férrico – Este coagulante segundo pesquisas, apontam que a variação de temperatura não afeta seu desempenho e apresenta excelentes resultados na remoção de cor e turbidez.
c) Sulfato de Alumínio – Estudos apontam que este é mais eficiente quando em temperaturas mais elevadas da água bruta na remoção de turbidez final, contudo, se levarmos em consideração a cor aparente, este não apresenta variação considerável em temperaturas variadas da água.
Corretores de pH – No processo de tratamento de água é essencial que haja a correção do pH da água, primeiro por determinação da portaria vigente e segundo que águas com pH desequilibrado podem trazer sérios prejuízos econômicos e à saúde, desde a corrosão de redes de distribuição, reservatórios até mesmo quanto ao consumo dessa água.
O pH baixo não é segredo para ninguém que torna a água ácida, provocando estragos indesejados, mas, o mesmo estando alto pode diminuir a eficiência do cloro tornando o processo de desinfecção mais difícil, aumenta a probabilidade de cálcio na água deixando-a com aspecto turvo e pode provocar ardência nos olhos e na pele; até parece que estamos falando do baixo pH, né verdade? Mas é isso aí, o pH deve estar segundo a portaria estabelece, dentre 6,0 a 9,5.
No processo de tratamento, ou seja, a depender de cada “água bruta” existe uma faixa de pH em que a coagulação e a floculação ocorre melhor, quando necessário antes mesmo da adição de um coagulante no processo de tratamento, há necessidade de estabilizar o pH para que as demais etapas surtam efeito desejado, quando a correção do pH é feita neste intuito, o de permitir que o coagulante faça seu trabalho de remoção das partículas em suspensão, não é preciso necessariamente manter a faixa de pH exigido pela portaria, no entanto, ao final do processo de tratamento o pH deve novamente ser verificado e se preciso corrigido aos valores da portaria do ministério da saúde.
A escala de pH varia de 1 a 14 indicando assim, seu nível de acidez, neutro ou basicidade (básico, também chamado de alcalino), abaixo de 7 vai se tornando ácido, em 7 se diz pH neutro, acima de 7, vai se tornando básico ou alcalino por assim dizer.
É inegável que sempre ao mensurar sobre pH acabamos que ligando de alguma forma a alcalinidade, no entanto, saiba que são coisas totalmente distintas apesar de andarem de “mãos dadas” por assim dizer.
O pH é contabilizado pela presença de íons de hidrogênio já a alcalinidade está condicionada à presença de íons de carbonato (CO3),
3 Temperatura da água, não do ambiente.
íons de bicarbonato (HCO3) e íons de hidróxido (OH) e outros íons de baixa influência.
Os mais comuns corretores de pH utilizados no tratamento de água são:
a) Óxido de Cálcio (CaO) – Obtido pela decomposição térmica de calcário que pode ser produzida a partir do Carbonato de Cálcio, é uma solução alcalina que provoca aumento de pH e alcalinidade na água. O que conhecemos como Cal Hidratada (Hidróxido de Cálcio) é na verdade oriundo de todo esse processo de fabricação a partir do Carbonato de Cálcio.
(Dissolvendo a cal em água produzimos o hidróxido de cálcio no processo de hidratação, quando novamente há o endurecimento das partículas pela absorção de gás carbônico, este se torna novamente carbonato de cálcio).
b) Carbonato de Sódio (Na2CO3) – Principal componente de rochas como os calcários, tem características alcalinas, ou seja, é um sal com características básicas que aumentam o pH de uma solução aquosa e é resultado do óxido de cálcio (Cal Virgem) com Dióxido de Carbono. Bem conhecida pelos operadores nas estações como BARRILHA.
Polímeros – Estes são produtos usados para facilitar o processo de coagulação ou de floculação, usados para aglomerar e aumentar a densidade dos flocos proporcionando assim sua sedimentação nos decantadores. Os produtos disponíveis no mercado são à base de Poliacrilamida e também solúveis em água.
Independente do produto ou de sua finalidade, quando falamos de polímeros, falamos de compostos formados por sucessivas aglomerações de um grande número de moléculas fundamentais.
Os utilizados no tratamento de água são os coagulantes (por exemplo, PAC – Cloreto de Poli alumínio ou taninos) ou floculantes (neste caso são polímeros sintéticos diferenciando-se entre si pelo tamanho da cadeia, forma da mesma e carga iônica).
a) Os Coagulantes4 - Promovem a neutralização das cargas das partículas presentes na água proporcionando a formação de micro-flocos.
b) Os Floculantes – Promovem a ligação dos micro-flocos aumentando seu peso, tamanho e densidade favorecendo uma melhor decantação.
Os polímeros podem ainda ser divididos como:
a) Catiônicos – Possuem carga positiva e podem neutralizar compostos aniônicos como, por exemplo, as substâncias orgânicas presentes na água.5
b) Aniônicos – Possuem carga negativa para neutralizar compostos catiônicos, como, íons metálicos ou não iônicos (que não possuem íons praticamente sem carga) sendo
4 Categoria do Sulfato de alumínio e os demais coagulantes já vistos.
5 Lembrando que essa é a aplicação do sulfato de alumínio e os demais coagulantes já vistos.
indicados também para remoção de alguns compostos orgânicos.
Acho que ficou claro sobre qual polímero usar quanto sendo Catiônico ou Aniônico, se a substância diluída na água possui carga negativa, utilizamos o polímero que possui carga positiva, ou seja, os Catiônicos, quando o que ocorre é o oposto, a carga diluída na água for positiva, utilizamos os polímeros Aniônicos que possuem cargas negativas. É o princípio básico de que os opostos se atraem, formando assim as ligações dos micro-flocos até os flocos maiores capazes de se sedimentarem no processo de decantação. Ou seja, sabe os produtos que estudamos na parte dos Coagulantes? Podem ser considerados polímeros se analisarmos a sua composição molecular, no exemplo do Sulfato de Alumínio, é este, polímero Catiônico de Coagulação.
Oxidantes – São produtos utilizados no intuito de oxidar metais pesados como o ferro (Fe) e o Manganês (Mn) e facilitar assim o processo de remoção junto com a matéria orgânica presente. O fato que metais pesados são abundantes no solo de nosso planeta, desta forma a água absorve para si essas substâncias que são capazes de se diluir em minúsculas partículas dificultando o processo de remoção da cor e turbidez da água nas etapas de coagulação e floculação.
Eventualmente há a necessidade de realizar no tratamento o processo de pré-oxidação adicionando produtos capazes de “transformar”
esses metais pesados a partículas maiores permitindo assim que os coagulantes os removam. O processo de pré-oxidação também ajuda a prevenir a proliferação de algas e microrganismos nos tanques de tratamento quando utilizado o produto químico certo como o Dióxido de Cloro.
Nas etapas descritas abaixo num único processo de tratamento podem ser utilizados métodos concomitantemente.6
São inúmeras as possibilidades de se oxidar metais como o ferro e o manganês, veja:
Aeração – Mecanismo usado para “movimentar” a água no intuito de que aumente o contato com o oxigênio da atmosfera, possibilitando a oxidação desses metais. A aeração é muito utilizada nas ETE’s com outras finalidades também, como por exemplo, diminuir a DBO – Demanda Bioquímica de Oxigênio. Não é segredo pra ninguém que o oxigênio tem o poder de criar ferrugens nas superfícies desprotegidas de metais da construção civil, por exemplo, esse processo é o da oxidação, com o ferro e o manganês na água não é diferente.
Cloro – Pra quem já observou que o cloro pode corroer metais na presença de humidade, já pode ter notado que este também pode ser poderoso e eficiente no processo de oxidação de metais pesados presentes na água. Numa análise simples de contato do cloro com uma simples amostra de água que contenha ferro ou manganês diluído, muitas vezes imperceptível a olho nu, se observa que a coloração avermelhada de ferrugem surge inevitavelmente no processo de
6 Ao mesmo tempo.
oxidação, uma vez que esse processo com o ferro se dá em minutos já que no caso do manganês pode demorar até algumas horas.
Permanganato de Potássio – É utilizado da mesma forma que o cloro, adiciona-se antes do processo de coagulação, floculação ou só simplesmente de filtração a depender do caso, no entanto, o leito filtrante deve ser composto por calcário, esta rocha permite uma troca de elétrons com estes metais, o problema é que o custo operacional pode ser bem maior tende em vista a manutenção destes filtros.
Polifosfato – Possui característica de sequestro de metais pesados, mantendo-os em suspensão na forma solúvel possibilitando consecutivamente a remoção destes, há estudos que afirmam que este produto ainda firma uma película protetora nas tubulações capazes de proteger de ataques de incrustações e oxidação. Objetivamente este é um produto criado para controlar e remover metais pesados no tratamento. Pode ser utilizado tanto antes quanto depois do processo de remoção da matéria orgânica, já que ele pode ser utilizado para proteger tubulações, reservatórios e até mesmo desses metais residuais após o tratamento.
Sobre o Ferro (Fe) – Na verdade nosso organismo precisa de doses diárias de ferro, 19mg/dia pra ser preciso, assim como todos os outros nutrientes e vitaminas, o problema de todas essas substâncias é o excesso, daí que tem que haver o controle, no caso das águas, o controle dessas concentrações de minerais são estabelecidos pela portaria 2.914/11, no caso do ferro presente na água percentual aceitável é de 0,3mg/l. Este limite é exigido porque o ferro causa coloração avermelhada causando grandes prejuízos, podem se desenvolver ferrobactérias que provocam odores ruins na água e obstruem canalizações.
Geoquimicamente o ferro é sempre encontrado com o Manganês e ambos existem em abundância na natureza.
Sobre o Manganês (Mn) – Pela geoquímica, é sempre encontrado junto ao ferro, altera o sabor e deixa a água com coloração marrom. A quantidade deste na água não deve ser superior a 0,1mg/l.
Desinfetantes – Esses são utilizados no intuito de garantir a água potável uma total descontaminação por microrganismos patogênicos7 que eventualmente esteja no corpo hídrico ou que poderá após o tratamento estar em contato com a água durante o processo de distribuição, já que, as etapas de remoção de matéria orgânica não são suficientes nem aplicáveis a este fim. Contudo, boa parte dos agentes nocivos são removidos nas primeiras etapas do processo de remoção da matéria orgânica, já que estes tais microrganismos tendem a se “esconderem” na turbidez da água, na sujeira por assim dizer.
Um mal tratamento inicial até depois da filtração, se, “deixar passar” ainda assim muitas partículas do tratamento, estas podem dificultar o processo de descontaminação.
7 Nocivos, que fazem mal à saúde.
Vários mecanismos de desinfecção podem ser aplicados, obviamente os mais utilizados são os de melhor relação custo x benefício como, por exemplo, a utilização do cloro em suas mais variadas formas, gás, líquido, pastilhas ou granulado, cada um direcionado para sua melhor aplicação.
Vamos conhecer alguns processos.
a) Dióxido de Cloro – É um desinfetante que pode substituir o cloro em inúmeras situações já que este é eficiente em diversas aplicações. Seu poder de desinfecção é mais forte independentemente do pH. Devido a sua especificidade química, no processo de utilização não há formação de subprodutos.8
b) Cloro – São cloro gás, sódio, hipoclorito de cálcio. A quantidade de aplicação de cada um depende da demanda por desinfecção da água. Para uma desinfecção efetiva, recomenda-se um contato mínimo de 20 a 30 minutos nos reservatórios de contato. É método mais usado atualmente e a depender da demanda das redes (se muito contaminadas) o processo pode ficar difícil e complexo, este também atua com variação de eficiência dependendo do pH da água.
c) Ozônio – Podemos dizer que este é o mais forte desinfetante e também oxidante indicado para o tratamento da água.
Vantagem por não gerar subprodutos e é decomposto pelo oxigênio dissolvido. Sua desvantagem é a baixa meia-vida e baixa solubilidade em água. É sim utilizado no tratamento de água potável, mas sua maior aplicação, são, para as águas engarrafadas, indústrias de cosméticos, bebidas, enfim.
d) Desinfecção por Ultravioletas – Nesse caso a água é exposta a uma curta onda de luz ultravioleta, é um germicida efetivo, e não afeta a qualidade da água. A desinfecção UV é utilizada para tratar água potável e também em uso industriais.
São várias as formas possíveis, no entanto, algumas são tão complexas ou caras, ou até inaplicáveis para tratamento das águas nas estações de tratamento que acabam ficando restritas a outras situações e atividades, mas podemos citar a elevação da temperatura da água a no mínimo 75ºC, ou, adicionando íons de prata, mas essa pratica normalmente só é utilizada em navios, filtração estéril por ser de elevado custo acaba se tornando restrito a aplicações médicas e farmacêuticas.
8 Acontece que o cloro no processo de reação na água pode gerar subprodutos perigosos.
