USO DE POLIFOSFATOS NA REMOÇÃO DE COR E INIBIÇÃO DE CORROSÃO - COPASA MG BRASIL

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1 USO DE POLIFOSFATOS NA REMOÇÃO DE COR E INIBIÇÃO DE CORROSÃO - COPASA MG BRASIL Gean Paulo Guerra Motta Maria Cristina Alves Cabral Schembri COPASA MG SPDT Rua Mar de Espanha, 453 CEP Fax (031) E.mail: leosch@cdlnet.com.br Palavras Chave: Polifosfatos; corrosão; incrustação; remoção de cor; água vermelha.

2 1. OBJETIVO O objetivo deste trabalho é apresentar a experiência da COPASA MG na utilização do polifosfato, como tecnologia capaz de solucionar os problemas causados pela ocorrência de água vermelha, nos sistemas de abastecimento de água da região do Vale do Aço, estado de Minas Gerais. 2. METODOLOGIA 2.1. O Contexto do Problema Os sistemas de abastecimento de água das cidades de Ipatinga, Coronel Fabriciano e Timóteo, todas localizadas no Vale do Aço, estado de Minas Gerais - Brasil, são alimentados por poços profundos. Tais poços apresentam teores de Fe 2+ e de Mn 2+ da ordem de 0,18mg/L e de 0,05mg/L, inferiores portanto aos máximos teores permitidos pela legislação em vigor no Brasil, ou seja, 0,3mg/L e 0,1mg/L, respectivamente. Entretanto, quando oxidados, quer pela ação do cloro durante o processo de desinfeção, quer pelo contato com o ar, tais metais, de divalentes e imperceptíveis na água, passam à forma Fe 3+ e Mn 4+ que confere coloração avermelhada à água potável. No caso de Ipatinga, cujo sistema com vazão de 508L/s abastece uma população de aproximadamente habitantes, o problema de cor na água tomou proporções insustentáveis. A população passou a rejeitar a água, o que gerou sérios problemas políticos e comerciais para a COPASA MG, concessionária dos serviços na região Aplicação do Polifosfato A mistura de polifosfatos de cadeias lineares longas, do tipo apresentado a seguir, é comercializado como hexametafosfato. Na 2 PO 3 O O P O Na n O PO 3 Na 2 nos quais n pode variar de 15 a 100.

3 Todo hexametafosfato se hidroliza em solução aquosa, formando polifosfatos cada vez menos condensados, a seguir forma pirofosfatos, sendo o termo final a transformação em fosfatos. Portanto, é importante que a solução do polifosfato seja utilizada o mais rápido possível. Um prazo de 7 dias tem sido indicado para que a propriedade de quelação não seja comprometida (Germain et al, 1972). Tal propriedade é o diferenciador dos polifosfatos em relação aos compostos à base de fosfatos de um modo geral. Apenas aqueles que quelam (capturam, seqüestram) os metais divalentes da água, como o Fe 2+, Mn 2+, é que podem ser denominados polifosfatos. Estes apresentam, em sua formulação, moléculas adequadamente orientadas (Toy, 1976) que irão capturar os átomos metálicos divalentes que são empregados para inibir o Fe 2+ da água, o qual, se permanecer livre, será oxidado pelo cloro e/ou pelo oxigênio, transformando-se em Fe 3+. Este, combinado a determinados compostos presentes na água, a exemplo de cloretos e hidróxidos, causam aquela coloração típica marrom-avermelhada. Uma vez seqüestrado, o metal divalente só se liberta da estrutura do polifosfato sob condições muito extremas, como baixo ph ou em altas temperaturas. O inverso também se verifica, ou seja, estando a água já colorida pela oxidação dos íons metálicos divalentes, os polifosfatos podem atuar eliminando a cor através do processo de adsorção. Aqui, devido à elevada carga elétrica, as moléculas de polifosfato adsorvem os íons metálicos que, por sua vez, se dissociam do seu composto (cloretos, hidróxidos, etc.), eliminando a cor antes conferida por tal associação. Outra importante propriedade dos polifosfatos é a capacidade de desincrustar, isto é, remover as camadas de hidróxidos metálicos, resultado do processo de corrosão. Segundo Thomas et al. (1991), citando Lin e Benjamim, mesmo já tendo capturado o Fe 2+ e/ou o Mn 2+, o polifosfato exerce uma ação de indução sobre os metais presentes nas incrustações, sendo estes adsorvidos, formando um complexo solúvel. Além disto, são também fosfatizantes, isto é, combinam com o ferro da tubulação, formando um composto insolúvel que protege a tubulação A Experiência da COPASA MG Entre as cinco formulações encontradas no mercado e testadas em laboratório quanto à presença de compostos orgânicos e metais pesados (Tabela 1), uma se submeteu à testes de toxicidade e periculosidade antes de sua aplicação em campo, conforme apresentado na Figura 1.

4 Rede Poços Cl 2 Polifosfato Cal Flúor Fig. 1. Primeiro esquema proposto para aplicação do polifosfato. Fonte: Copasa MG Tabela 1 - Características Físico- Químicas dos Polifosfatos Testados PRODUTO Estado Físico Sólido Sólido Líquido Líquido Sólido Compostos Ausente Ausente Ausente Ausente Ausente orgânicos PH 10,4 6,1 6,5 9,9 9,9 Presença de metais (mg/l) Alumínio <0,20 <0,20 <0,20 <0,20 <0,20 Arsênio <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 Bário <0,20 <0,20 <0,20 <0,20 <0,20 Cádmio <0,005 <0,005 <0,005 <0,005 <0,005 Cobre <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 Chumbo <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 Cromo <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 Mercúrio <0,001 <0,001 <0,001 <0,001 <0,001 Zinco <0,10 <0,16 <0,10 <0,10 <0,10 Os compostos orgânicos foram analisados no cromatógrafo gasoso, marca Varian, mod e os metais no espectofotômetro de absorção atômica, marca GBC 906AA. As análises foram feitas a partir de soluções a 1000mg/L para os produtos sólidos, e a 2000mg/L para os produtos líquidos. Após as primeiras semanas de aplicação do polifosfato observou-se uma minimização da cor, mas não sua total eliminação. Além disso, a formação de uma camada gelatinosa nos filtros domiciliares passou a ser razão de novas e insistentes reclamações por parte dos consumidores. 3 - RESULTADOS A camada gelatinosa, que passou a colmatar os filtros domiciliares, era composta de uma mistura de hidróxido férrico, hidróxido mangânico e silicato ferroso, indicando a presença da sílica, e ainda que o ferro não havia sido capturado a contento. Como a sílica é um interferente negativo na ação dos polifosfatos, devendo-se acrescentar 1ppm de polifosfato para cada 17 ppm de sílica presente na água, aumentou-se a dosagem de polifosfato de 1,1mg/L para 1,6mg/l, de modo a inibir a interferência da sílica que, no caso em questão, era de 10mg/L.

5 Além disso, a pré-cloração (ver esquema apresentado na Fig. 1) promove a oxidação do Fe 2+ a Fe 3+, evitando que o mesmo seja seqüestrado pelo polifosfato. Passou-se então a dosar o polifosfato na saída dos poços, antes de qualquer contato com o ar e do ponto de cloração, favorecendo-se o contato do produto com os íons divalentes de ferro a ser capturados, com a instalação de ressaltos hidráulicos. A adição da cal favorece a formação do hidróxido férrico já que, por dissociação, fornece a hidroxila que se combina rapidamente com o ferro já oxidado pelo cloro. Reduziu-se progressivamente a dosagem da cal, até sua retirada definitiva, fazendo cair gradativamente o ph, na ordem de 0,1 unidades por semana. Ainda como resultado da dissociação da cal, o Ca 2+ é liberado, competindo com o Fe 2+ no processo de quelação pelo polifosfato. Após tais constatações, a seqüência de aplicação dos produtos químicos passou a ser como a apresentada na Fig. 2. Poços Polifosfato Cl 2 Flúor Fig. 2. Esquema definitivo para aplicação do polifosfato. Fonte: COPASA MG Rede Após 60 dias de aplicação do polifosfato, segundo o esquema apresentado na Fig. 2, todos os inconvenientes que ocorriam, como a coloração da água e colmatação dos filtros domiciliares, foram totalmente solucionados, reduzindo drasticamente as reclamações por parte dos consumidores. Das aproximadamente 300 reclamações recebidas semanalmente, em média, 99,3% foram eliminadas. 4 - CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES A utilização do polifosfato tem sido bastante positiva na solução do problema apresentado. Entretanto, considerado solução limite, deve ser adotado apenas quando os tratamentos convencionais não forem capazes de solucionar o problema em questão. Considerando que, em geral, as redes de distribuição de água nas grandes cidades são bastante antigas, o uso do polifosfato, não apenas como quelante, mas também como desincrustante e fosfatizante, pode ser recomendado.

6 Apesar da Organização Mundial da Saúde - OMS - não estabelecer valor limite para o fosfato em água potável, já que ele não é um produto tóxico, ela orienta que os teores de ferro não devam ultrapassar a 2,0mg/lL quando tal elemento passa a ser prejudicial à saúde humana. Como os polifosfatos retirarão gradativamente o ferro das incrustações das tubulações, peças e aparelhos, aumentando consequentemente o teor de ferro na água, recomenda-se que se inclua o ferro entre os parâmetros de monitoramento nos sistemas onde o polifosfato for aplicado. Finalmente, recomenda-se o estabelecimento de uma norma para a quantificação e qualificação dos polifosfatos, já que o mercado oferece diferentes formulações, com prováveis diferenças na aplicação, solubilidade e dosagem, além de outras características que possam trazer benefícios adicionais ou limitação na aplicação. 5 - REFERÊNCIAS GERMAIN, Louis et al. Tratamento de águas. São Paulo: Polígono, p. CORDONIER, Jean. Condicionamento químico para prevenção da corrosão nas unidades dos sistemas de saneamento: a experiência francesa. In: SEMINÁRIO INTERNACIONAL O PROBLEMA DA CORROSÃO NA ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 1994, Belo Horizonte. Anais... Belo Horizonte: Sociedade Mineira de Engenheiros, P LOEWENTHAL, Richard E. Condicionamento químico no tratamento da água para prevenção da corrosão nas unidades dos sistemas de saneamento: a experiência sul-africana. In: SEMINÁRIO INTERNACIONAL O PROBLEMA DA CORROSÃO NA ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 1994, Belo Horizonte. Anais... Belo Horizonte: Sociedade Mineira de Engenheiros, P Di BERNARDO, Luiz. A experiência da EES - USP na aplicação de polifosfatos na cidade de São Paulo - SP. In : SEMINÁRIO DE POLIFOSFATOS EM SISTEMAS DE ÁGUA POTÁVEL, 1997, Brasília. Anais... Brasília: CAESB, P RIBEIRO, Vasti et al. A experiência da SABESP na aplicação de polifosfatos - testes com escala piloto e real. In : SEMINÁRIO DE POLIFOSFATOS EM SISTEMAS DE ÁGUA POTÁVEL, 1997, Brasília. Anais... Brasília: CAESB, P THOMAS, R. H. et al. Potential effects of polyphosphate products on lead solubility in plumbing systems. Research and Technology. July p TOY, Arthur D. F. Phosphorus chemistry in everyday living. Washington: American Chemical Society, p.