Aula 4: Química das Águas

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1 QUI 106 Química Analítica Ambiental (2017/1) Departamento de Química UFJF Aula 4: Química das Águas Purificação de águas a) tratamento de água para abastecimento b) tratamento de esgotos Estagiária: Náira da S. C. Almeida Juiz de Fora, 19 de abril de 2017

2 Água: Bem Vital Recapitulando... IMPORTÂNCIA DA QUALIDADE DA ÁGUA %C3%A1gua-e-corpo-humano-infographic-image

3 Tratamento da água: História Grupos nômades; Estabelecimento de morada fixa; Aumento populacional; Revolução Industrial; Primeira ETA: Londres em 1829; Sistemas de esgotos subterrâneos: Hamburgo em 1843; Rocha, J.C.; Rosa, A.H.; Cardoso, A.A. Introdução à Química Ambiental. Editora Bookman,

4 Água: CRISE saude.uol.com.b r/bemestar/tudosobre-odesperdicio-deagua/5488/# 4

5 Água: CRISE 5

6 Toda água precisa ser tratada? Qualidade depende da finalidade Fontes de água para abastecimento: Águas subterrâneas Águas superficiais Fontes Potáveis: proteção das cabeceiras e processo de desinfecção Fontes não Potáveis: Estação de Tratamento de Água (ETA) 6

7 ETA: Estação de Tratamento de Água Principais objetivos: i. A remoção de material particulado, bactérias e algas; ii. Remoção da matéria orgânica dissolvida; iii. Remoção ou destruição de organismos patogênicos. Os processos envolvidos podem sofrer variações dependendo da fonte de água e dos padrões de qualidade a serem alcançados. 7

8 ETA: Esquema Simplificado Represa Captação e Bombeamento Cloração Fluoretação 8

9 ETA: Esquema Simplificado 9 02-Captação e Bombeamento A água passa por um sistema de grades que impede a entrada de elementos macroscópicos, como folhas, galhos e outros detritos. Após a captação, a água é bombeada com vazões controladas até as estações de tratamento da água.

10 ETA: Esquema Simplificado 03-Pré-cloração Pré-Alcalinização Coagulação Pré-Cloração: adição de cloro assim que a água chega à estação para facilitar a retirada de matéria orgânica e metais e destruição de micro-organismos. Matéria Orgânica pode reagir com CLORO formando TRIHALOMETANOS (THM) CHX3 (X = Cl, Br). SISTEMA NERVOSO CENTRAL, RINS, FÍGADO; CARCINOGÊNICOS, TERATOGÊNICOS E ABORTIVOS. Não é recomendada! Lima et al. Quim. Nova, Vol. 38, No. 3, ,

11 ETA: Esquema Simplificado 03-Pré-cloração Pré-Alcalinização Coagulação Pré-Alcalinização: Adição de cal (CaO) ou soda (NaOH) à água para ajustar o ph aos valores exigidos para as fases seguintes do tratamento (floculação). 11

12 ETA: Esquema Simplificado 03-Pré-cloração Pré-Alcalinização Coagulação Coagulação: adição de um COAGULANTE seguido de agitação violenta da água para provocar a desestabilização das partículas de sujeira, facilitando sua agregação. Ex.: Al 2 (SO 4 ) 3, sais de ferro (III), polímeros orgânicos; Al 2 (SO 4 ) 3 + 6H 2 O 2Al(OH) 3 + 6H + + 3SO Os hidróxidos gelatinosos insolúveis formados vão encapsular as partículas suspensas na água. 12

13 ETA: Esquema Simplificado CLARIFICAÇÃO: 04-Floculação 05-Decantação 06-Filtração 04-FLOCULAÇÃO: Em tanques menores, válvulas provocam uma suave turbulência na água. as partículas de sujeira desestabilizadas pela coagulação colidem umas com as outras e vão se unindo, formando flocos maiores. 13

14 ETA: Esquema Simplificado CLARIFICAÇÃO: 04-Floculação 05-Decantação 06-Filtração 05-DECANTAÇÃO: É um processo de separação física das partículas em suspensão, clarificando a água e reduzindo em grande porcentagem as impurezas. Material sedimentado: LODO Matéria orgânica, hidróxido de alumínio, impurezas. ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE SÓLIDOS Duração ~3h 14

15 ETA: Esquema Simplificado 15 CLARIFICAÇÃO: 04-Floculação 05-Decantação 06-Filtração 06-FILTRAÇÃO: A água passa por várias camadas filtrantes, onde ficam retidas as partículas não decantadas e substâncias solúveis (adsorção em carvão).

16 ETA: Esquema Simplificado DESINFECÇÃO: Cloração Fluoretação Eliminação dos micro-organismos não eliminados nas etapas anteriores Processos: Cl2 ou Solução de Hipoclorito; Cloraminas; Ozônio; Radiação UV; Formação de TRIHALOMETANOS (THM)

17 ETA: Esquema Simplificado DESINFECÇÃO: Cloração Fluoretação Cl2 Cl 2(g) + 2H 2 O HOCl + H 3 O + + Cl - HOCl + H 2 O H 3 O + + OCl - NaOCl e Ca(OCl) 2 NaOCl + H 2 O HOCl + Na + + OH - Ca(OCl) 2 + 2H 2 O 2HOCl + Ca OH - Método confiável, simples e de baixo custo!

18 ETA: Esquema Simplificado DESINFECÇÃO: Cloração Fluoretação FLUORETAÇÃO: etapa adicional para prevenção de cáries dentárias. Fluoreto de Cálcio (CaF 2 ), Fluoreto de Sódio (NaF), Ácido Fluorsilícico (H 2 SiF 6 ) e Fluorsilicato de Sódio (Na 2 SiF 6 );

19 ETA: etapas finais 19 Determinações físico-químicas e microbiológicas para atestar a QUALIDADE da água

20 ETA: e o LODO? 20 Encaminhado para a desidratação-estabilização química e microbiológica. Secagem: pode ser realizada por evaporação em leitos, uso de filtros prensa, etc. Onde pode ser reutilizado?

21 Efluentes domésticos Gerados pelos uso de água de abastecimento nas atividades diárias Composição: 99,9% água; 0,1% sólidos Sólidos suspensos; Sólidos dissolvidos; Matéria orgânica; Nutrientes N, P; Organismos patogênicos vírus, bactérias, protozoários. 21

22 Efluentes domésticos: PORQUE TRATAR? O esgoto, sem tratamento, provoca dois efeitos negativos na água em que é lançado: Diminuição do O 2 dissolvido Aumento na emissão de CH4 e CO2 {CH 2 O} + O 2(aq) CO 2(g) + H 2 O A água resultante pode ser reutilizada: indústria, agricultura, lançamento nos rios. 22

23 Efluentes domésticos: Como tratar? 23 Decomposição da matéria orgânica antes do seu lançamento em corpos de água: Tratamento Anaeróbio; Tratamento Aeróbio; Tratamento Misto. Preliminar Primário Secundário Remoção de sólidos grosseiros e areia Remoção de sólidos em suspensão sedimentáveis, materiais flutuantes (óleos e graxas) e parte da matéria orgânica em suspensão Remoção de matéria orgânica dissolvida e da matéria orgânica em suspensão não removida no tratamento primário

24 Efluentes domésticos: Tratamento PRELIMINAR GRADE: remoção de sujeiras como plásticos, sacolas, garrafas, etc. CAIXA DE AREIA: remoção de areia. 24

25 Efluentes domésticos: Tratamento PRIMÁRIO Decantador Primário Sólidos sedimentáveis Matéria orgânica (suspensão) Eficiência de remoção de sólidos em suspensão está na ordem de 40 a 60%, 25

26 26 Efluentes domésticos: Tratamento SECUNDÁRIO Lagoas de Estabilização Sistemas de Lodo ativado Tratamentos Anaeróbios

27 Efluentes domésticos: Tratamento SECUNDÁRIO Lagoas de Estabilização I. Lagoas facultativas; II. Lagoas anaeróbicas lagoas facultativas; III. Lagoas aeradas facultativas; IV. Lagoas aeradas de mistura completa-lagoa de decantação; 27

28 Efluentes domésticos: Tratamento SECUNDÁRIO I. Lagoas facultativas Lagoas de Estabilização Vantagens: Simplicidade; Não requer energia; Desvantagens: Pequeno volume; Elevado tempo; Adequado a pequenas comunidades! 28

29 Efluentes domésticos: Tratamento SECUNDÁRIO Sistemas de Lodo ativado Lodos ativados convencional Reator AERÓBIO Alguns exemplos: Lodos ativados convencional; Com aeração prolongada; Com fluxo intermitente. No decantador primário é removida parte da matéria orgânica, minimizando os custos do tratamento. O lodo é bombeado do fundo do decantador secundário para a unidade de aeração. Boa eficiência; Curto tempo de retenção (6-8h); Custo elevado. 29

30 Efluentes domésticos: Tratamento SECUNDÁRIO Tratamentos Anaeróbios I. Sistema de fossa séptica filtro anaeróbico: sistema muito utilizado no meio rural e em pequenas comunidades. Remove sólidos em suspensão que sedimentam Remoção da matéria orgânica restante Menos eficiente que processos aeróbicos. 30

31 Efluentes domésticos: Tratamento do Lodo A maior parte dos sistemas geram lodo em maior ou menor quantidade; O tratamento desse lodo é realizado em digestores primários e secundários, onde na ausência de oxigênio o lodo é transformado em matéria mineraliza, com baixa carga orgânica e poucas bactérias; Ocorre ainda a produção de gases; E os subprodutos gerados? Água de reuso Biogás Biossólidos 31

32 Efluentes domésticos: qual método usar? Escolha do método para tratamento depende de fatores como: volume de esgoto bruto gerado; volume de subprodutos gerados e qual sua aplicação/destinação final; tempo requerido para o tratamento do esgoto; custo operacional; investimento necessário para construir a ETE; área ocupada pela ETE. 32

33 Efluentes domésticos: ETE em Juiz de Fora Tratamento Preliminar Tratamento Primário Tratamento Secundário 33

34 34 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Rocha, J.C.; Rosa, A.H.; Cardoso, A.A. Introdução à Química Ambiental. Editora Bookman, Nascentes, C.C.; Costa, L.M. Apostila de Química Ambiental, UFMG, Von Sperling, M. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. Editora UFMG, Belo Horizonte,