Aula 7 (17/06): Não haverá aula (ENCI) Aula 8 (24/06): 1º seminário (artigo sobre Água)

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1 QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL 1º período de 2013 LEMBRETES Aula 7 (17/06): Não haverá aula (ENCI) Aula 8 (24/06): 1º seminário (artigo sobre Água) Prof. Rafael Sousa Departamento de Química UFJF

2 Dicas para o Seminário slides da apresentação Organizar a apresentação numa sequencia lógica Título Objetivo Justificativa Princípio do método Parte experimental Resultados Conclusões Considerações finais, ou: Título Objetivo Justificativa Princípio do método Parte experimental + Resultados Conclusões Considerações finais Colocar nos slides apenas as informações principais Tópicos, gráficos, tabelas e figuras com boa resolução Buscar o uso de frases curtas e evitar slides muito cheios Enumerar os slides e usar cores que contrastem com o fundo Usar, com moderação, laser pointer ou varinha Considerar que o tempo médio que se gasta por slide é de 1-2 min Fazer uma prévia para testar o tempo e a forma de falar

3 Dicas para o Seminário slides e enfoque da apresentação Leitura recomendada*: Disponível do link Materiais de Apoio no site do Grupo Baccan

4 QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL Aula 5: Química das Águas Purificação de águas poluídas - Tratamento de água para abastecimento - Tratamento de efluentes domésticos Prof. Rafael Sousa Departamento de Química UFJF 1º período de 2013

5 INTRODUÇÃO Necessidade de tratamento de águas e efluentes causa histórica O aumento da população e o desenvolvimento industrial Poluem a água usada no abastecimento geram efluentes domésticos e industriais - Também poluem a água e o solo... Existem PROCESSOS físicos, químicos e biológicos para tratar ÁGUAS POLUÍDAS Águas usadas para abastecimento Efluentes

6 INTRODUÇÃO A ÁGUA usada para ABASTECIMENTO A água para essa finalidade sempre deve ser tratada? FONTES potáveis: Processo de desinfecção FONTES não potáveis: Estação de Tratamento de Água (ETA) FONTES de água para abastecimento Águas superficiais (geralmente menos puras ) Expostas continuamente a vários tipos de poluentes Águas subterrâneas FIGURA: acessada

7 ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DA ÁGUA (ETA) PROCESSO REALIZADO EM ETAPAS 1º- Coagulação/floculação 2º- Decantação 3º- Filtração 4º- Desinfecção Estas operações têm como principais objetivos: - A remoção de material particulado, bactérias e algas - Remoção da matéria orgânica dissolvida que confere cor à água -.Remoção ou destruição de organismos patogênicos tais como bactérias e vírus Estas operações podem sofrer variações dependendo podem sofrer variações dependendo da fonte de água e dos padrões de qualidade a serem alcançados

8 A ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DA ÁGUA Esquema simplificado de uma ETA * (Linha líquida) A ETA também tem uma estação de tratamento de sólidos (Linha sólida) São tratados os resíduos gerados na Linha líquida (*) area=9& =9&subarea=25, acessado dia

9 1- Captação AS ETAPAS DO TRATAMENTO DA ÁGUA A água que chega à Estação de Tratamento de Água é captada diretamente nos rios (águas superficiais) ou no subsolo (águas subterrâneas) 2- Gradagem LINHA LÍQUIDA São retirados da água os resíduos de maior dimensão como folhas, ramos, embalagens, etc., que ficam retidos em grades por onde a água é forçada a passar 3- Floculação/ coagulação PROCESSOS DE CLARIFICAÇÃO São formados flocos com as susbtâncias dispersas e um reagente floculante: os contaminantes co-precipitam com o Al(OH) 3, p. ex., na etapa de Decantação melhora os índices de turbidez (partículas > 10-4 mm), cor e sabor (partículas menores que 10-4 mm)

10 AS ETAPAS DO TRATAMENTO DA ÁGUA Floculação/ coagulação São formados flocos com as susbtâncias dispersas e um reagente floculante: os contaminantes co-precipitam com o Al(OH) 3, p. exx., na etapa de Decantação melhora os índices de turbidez (partículas > 10-4 mm), cor e sabor (partículas menores que 10-4 mm) - Uso de agentes floculantes : Al 2 (SO 4 ) 3, sais de ferro e polímeros orgânicos Necessidade de remoção de Mg 2 + : Al 2 (SO 4 ) 3 + NaAlO 2 Ex de reação em água levemente alcalina: Al 2 (SO 4 ) 3 14,3 H 2 O + 3Ca(HCO 3 ) 2 2 Al(OH) 3 + 3CaSO 4 + 6CO ,3H 2 O ANÁLISES PRÉVIAS são importantes para ajustar o ph, quando necessário

11 AS ETAPAS DO TRATAMENTO DA ÁGUA Parte da purificação da água ocorre por meio de um processo de transferência de fase Água superficial sendo tratada em uma ETA, após a adição de um agente floculante Esta etapa é realizada em câmaras (floculadores) onde agitada, facilitando a aglutinação de impurezas água é levemente

12 AS ETAPAS DO TRATAMENTO DA ÁGUA 4- Decantação É um processo de separação física das partículas em suspensão, clarificando a água e reduzindo em grande porcentagem as impurezas As partículas decantadas, mais pesadas que a água, ficam depositadas no fundo do decantador Processo que dura, em média, 3 h 5- Filtração A água passa por filtros de areia e/ou carvão ativado, nos quais ficam retidas as partículas pequenas (não decantadas) e uma infinidade de substâncias solúveis (adsorção no carvão) melhora características como odor e sabor PROCESSOS DE DESINFECÇÃO

13 AS ETAPAS DO TRATAMENTO DA ÁGUA 6- Desinfeção (geralmente cloração ou ozonização ou radiação UV) É a eliminação de microorganismos não retidos nas etapas anteriores Adição de cloro (gás ou solução de hipoclorito) Fluoretação: adição de flúor (fluorsilicato de sódio ou ácido fluorsilícico) ANÁLISES DE CONTROLE ETAPA FINAL: análises físico-químicas e microbiológicas para atestar a qualidade da água (Portaria número 36 do Ministério da Saúde, de 19 de janeiro de 1990) ARMAZENAGEM DISTRIBUIÇÃO PARA AS RESIDÊNCIAS (podem ocorrer contaminações)

14 AS ETAPAS DO TRATAMENTO DA ÁGUA Ficam resíduos (tanque decantação): tratamento da Linha SÓLIDA Desidratação de Lamas Sobram resíduos provenientes dos processos de clarificação: lamas São encaminhadas para a desidratação (estabilização química) e estabilização microbiológica devido à grande quantidade de água - A desidratação (secagem) pode ser feita de várias formas, evaporação em leitos, uso de filtros (tipo prensa), etc - A lama tratada é transportada para um destino final adequado, sendo possível o seu aproveitamento como adubo orgânico: Composição, em % média, de lamas de ETAs após tratamento

15 CONSIDERAÇÕES SOBRE O TRATAMENTO DA ÁGUA (DESINFECÇÃO) A desinfecção ocorre para assegurar que a água esteja livre de microorganismos patogênicos Os processos utilizados tem vantagens e desvantagens! A cloração é o método de desinfecção mais comumente utilizado na maioria dos países Quantidades suficientes de cloro são adicionadas à água visando destruir ou inativar os organismos alvo É um método confiável, de relativo baixo custo, simplicidade operacional e cujo excesso, no tratamento, favorece a biosegurança no armazenamento e transporte da água tratada

16 CONSIDERAÇÕES SOBRE O TRATAMENTO DA ÁGUA: DESINFECÇÃO COM CLORO Reações químicas: O gás cloro reage quase completamente com a água formando o ácido hipocloroso: Cl 2 + H 2 O HOCl + H + + Cl - Em ph mais alcalinos, o ácido hipocloroso se dissocia, gerando os íons H + e OCl - : HOCl H + + OCl - ESPÉCIES BACTERICIDAS DE CLORO LIVRE O Cl 2 reage também com outras espécies presentes na água, antes de se converter em HOCl ou OCl - Problema : o cloro reage com substâncias orgânicas presentes na água produzindo trialometanos (THM): CHX 3 (X = cloro, bromo ou uma combinação de ambos)

17 CONSIDERAÇÕES SOBRE O TRATAMENTO DA ÁGUA: DESINFECÇÃO COM CLORO Problemas da desinfecção com cloro O composto de maior preocupação é o CHCl 3 : clorofórmio Produto da reação do HOCl reage com matéria orgânica Os THM não são removidos da água através do tratamento convencional Deve-se assegurar que a matéria orgânica esteja ausente da água que vai ser submetida à cloração! O risco de contrair doenças causadas por esses compostos é menor do que o de contrair doenças por organismos patogênicos!

18 CONSIDERAÇÕES SOBRE O TRATAMENTO DA ÁGUA: DESINFECÇÃO COM CLORO E DIÓXIDO DE CLORO Outro problema da desinfecção com cloro Se a água contém fenol ou um derivado, o cloro substitui facilmente os átomos de hidrogênio do anel para dar lugar a fenóis clorados que além do gosto e odor ofensivos, são tóxicos Troca-se o cloro por dióxido de cloro quando o suprimento de água bruta está contaminado temporariamente com fenóis, sendo usando especialmente nos EUA e Europa ENTRETANTO, o uso propriamente Reação de obtenção do. ClO 2 Obtenção a partir de clorito: ClO 2 - ClO 2. não é uma cloração + e - (realizada in situ) oxidação

19 CONSIDERAÇÕES SOBRE O TRATAMENTO DA ÁGUA: DESINFECÇÃO COM CLORO E DIÓXIDO DE CLORO Desvantagens na utilização de dióxido de cloro Assim como o ozônio, não pode ser estocado (explosivo) sendo gerado in situ Pequenas frações de dióxido de cloro são convertidas em íons ClO - 2 e ClO 3- cuja presença RESIDUAL na água final pode causar problemas de saúde Vantagens na utilização de dióxido de cloro O dióxido de cloro não é um agente de cloração: geralmente não introduz átomos de cloro nas substâncias com as quais reage Oxida a matéria orgânica formando quantidades muito menores de subprodutos orgânicos tóxicos que quando é usado cloro molecular

20 TRATAMENTO DE EFLUENTES DOMÉSTICOS (Tratamento de esgoto) A necessidade (ou importância) do tratamento O esgoto, sem tratamento, provoca dois efeitos negativos na água em que é lançado : 1) Diminuição do O 2 dissolvido 2) Aumento na emissão de CO 2 {CH 2 O} + O 2 (aq) CO 2 (g) + H 2 O Possibilidades para tratamento decomposição da matéria orgânica antes do seu lançamento em corpos de água 1) Tratamentos aeróbios 2) Tratamentos anaeróbios 3) Tratamento aeróbio - anaeróbio

21 TRATAMENTO DE EFLUENTES DOMÉSTICOS O esgoto doméstico não tem apenas matéria orgânica Contém 99,9% água e 0,1% de sólidos: - sólidos suspensos - sólidos dissolvidos - matéria orgânica - nutrientes minerais - N e P (principalmente) - organismos patogênicos - vírus, bactérias, protozoários e helmintos O esgoto deve ser tratado em local apropriado (Estações de Tratamento de Efluentes ETEs) A água resultante pode ser: - reutilizada (processos industriais) - lançada nos rios

22 TRATAMENTO DE EFLUENTES DOMÉSTICOS O tratamento convencional envolve 3 etapas principais Tratamento preliminar - Remoção de sólidos grosseiros e areia Utilização de grades e caixas de sedimentação (Caixa de areia) Tratamento primário - Remoção de sólidos sedimentáveis, substâncias flutuantes e parte da matéria orgânica EM SUSPENSÃO Utilização de decantadores (tanques) no qual o sólido sedimentado é chamado de LODO PRIMÁRIO BRUTO Tratamento secundário - Remoção da MATÉRIA ORGÂNICA dissolvida e daquela ainda em suspensão Utilização de processos que empregam microorganismos

23 TRATAMENTO DE EFLUENTES DOMÉSTICOS Descrição do tratamento convencional Tratamento preliminar primário - secundário Tratamento do lodo ESGOTO TRATAMENTO PRIMÁRIO Latas Papelão Tecidos... Sedimentação da areia

24 TRATAMENTO DE EFLUENTES DOMÉSTICOS Descrição do tratamento convencional Tratamento preliminar primário secundário - Tratamento do lodo TRATAMENTO PRELIMINAR TRATAMENTO SECUNDÁRIO Decantador Sólidos sedimentáveis Matéria orgânica (suspensão)

25 TRATAMENTO DE EFLUENTES DOMÉSTICOS Descrição do tratamento convencional Tratamento preliminar primário secundário - Tratamento do lodo TRATAMENTO PRIMÁRIO Degradação biológica LANÇAMENTO EM RIOS Remoção : - da matéria orgânica dissolvida - matéria orgânica ainda em suspensão Diferentes processos: - princípio (decomposição é aeróbio e/ou anaeróbia) - configuração (volume e custo)

26 TRATAMENTO DE EFLUENTES DOMÉSTICOS Descrição do tratamento convencional Tratamento preliminar primário secundário - Tratamento do lodo Sistemas aeróbios usados para o Tratamento secundário Lagoas de estabilização exemplos: - Lagoas facultativas: decomposição natural, em contato com o ar e a luminosidade ambientes mais simples, pequenas comunidades - Lagoas anaeróbias lagoas facultativas duas lagoas, eficiência superior VARIAÇÕES...

27 Descrição do tratamento convencional Tratamento preliminar primário secundário - Tratamento do lodo Sistemas aeróbios usados para o Tratamento secundário Lagoas de estabilização exemplos: - Lagoas facultativas - Lagoas anaeróbias lagoas facultativas VARIAÇÕES aeração - Lagoa aeradada facultativa: processo aeróbio, catalisado pela bastante eficiente, custos consideráveis - Lagoa aerada de mistura completa lagoa de decantação: aeração e agitação eficiente, rápido mas que exige uma lagoa de decantação

28 TRATAMENTO DE EFLUENTES DOMÉSTICOS Descrição do tratamento convencional Tratamento preliminar primário secundário - Tratamento do lodo Ilustração da Lagoa aerada facultativa ESGOTO As Lagoas de estabilização envolvem principalmente processos aeróbios

29 TRATAMENTO DE EFLUENTES DOMÉSTICOS Descrição do tratamento convencional Tratamento preliminar primário secundário - Tratamento do lodo Sistemas aeróbios usados para o Tratamento secundário Sistemas de Lodo ativado - Composição básica: 1) Reator (tanque de aeração) Processo de degradação (anaeróbio) 2) Decantador Lodo residual (composição básica: microorganismos) 3) Sistema de recirculação de lodo Parte do lodo residual alimenta o reator ou tanque para aumentar a concentração de microorganismos

30 Descrição do tratamento convencional Tratamento preliminar primário secundário - Tratamento do lodo Sistemas aeróbios usados para o Tratamento secundário Ilustração de um sistema convencional de Lodo ativado ESGOTO

31 Tratamento preliminar primário secundário - Tratamento do lodo Sistemas aeróbios usados para o Tratamento secundário Sistemas de Lodo ativado Outros sistemas possíveis (variações): Lodos ativados de aeração prolongada - Não possuem o decantador primário mas levam mais tempo para degradarem todo o material orgânico Lodos ativados com fluxo intermitente - Não possuem o decantador primário e nem o secundário: todo o processo ocorre no mesmo tanque, sequencialmente - (Simplicidade) Leva-se mais tempo para tratar o efluente

32 Tratamento preliminar primário secundário - Tratamento do lodo Sistemas anaeróbios usados para o Tratamento secundário Geralmente geram menos lodo (crescimento dos microorganismos) e têm uma eficiência menor que a dos processos aeróbios 1) Digestores de lodo 2) Tanques sépticos 3) Lagoas anaeróbias Fossa séptica-filtro anaeróbio (um dos sistemas de alta carga ) FOSSA - Remove a maior parte dos sólidos: sedimentam, e já se decompõem - O filtro (fechado) remove a MO residual MO = Matéroa orgânica

33 Considerações finais 1) A ÁGUA PARA O ABASTECIMENTO DEVE SER TRATADA Demanda de água tratada é um desafio atual e futuro. O crescimento populacional, aliado ao desenvolvimento industrial e a necessidade por alimentos está aumentando a demanda por água tratada (de qualidade boa e que deve ser constantemente atestada). 2) O TRATAMENTO DE EFLUENTES É IMPORTANTE PARA PRESERVAR AS CARACTERÍSTICAS NATURAIS DOS CORPOS D ÁGUA ONDE SÃO LANÇADOS As diferentes opções de sistemas de tratamento têm o mesmo objetivo: simular os fenômenos naturais em condições controladas e otimizadas, resultando em um aumento da velocidade e da eficiência de estabilização da matéria orgânica, bem como outras substâncias presentes no meio.

34 Referências Bibliográficas 1 BAIRD, C.,Química Ambiental, Bookman, Pita, F. A. G. Armazenamento e tratamento de resíduos. Vol. II Tratamento de Águas Residuais Domésticas, Universidade de Coimbra, acessado Nascentes, C. C.; Costa, L. M. Química Ambiental. UFMG, acessado acessado