Purificação das águas: tratamento de água para abastecimento

Transcrição

1 Universidade Federal de Juiz de Fora Instituto de Ciências Exatas Departamento de Química Química Ambiental (2017/2) Química das Águas (Parte 3a) Purificação das águas: tratamento de água para abastecimento Estagiário: Felipe Dias dos Reis

2 Em aulas anteriores A água é um recurso natural de valor agregado Fontes (distribuição): Formas mais acessíveis: Minas naturais; Poços; Lagos; Rios. Figura: 2 acessado em 27/08/17

3 Consumo de água De forma direta ou indireta, a água é utilizada em diversas atividades humanas Produção das garrafas: consome de 6 a 7 vezes o volume de água contida nela Produção de 1 maçã: consome cerca de 125 L de água Produção de 1 kg de carne bovina: consome cerca de L de água acesso em 27/08/ acesso em 28/07/17

4 Consumo de água Laboratórios também representam um elevado consumo Para produção de 1 L de água destilada, cerca de 25 L de água de abastecimento são desperdiçados acesso em 27/08/17 4

5 Consumo versus disponibilidade CONSUMO DISPONIBILIDADE Onde vamos parar? 5

6 Contaminações Água doce acessível está susceptível a contaminações!!! acessado em 27/08/17 6

7 Fontes de água potável ÁGUAS SUPERFICIAIS Aquelas que se acumulam na superfície, podendo formar rios, lagos, pântanos, etc Mais fácil acesso Muito susceptíveis à contaminação Devido ao fácil acesso, é mais fácil de tratar 7

8 Fontes de água potável ÁGUAS SUBTERRÂNEAS Aquelas que ocorrem abaixo da superfície da Terra, preenchendo os poros intergranulares de rochas sedimentares ou fraturas, falhas e fissuras de rochas compactas Acesso mais difícil Um pouco mais protegidas contra contaminações Grande dificuldade no tratamento 8

9 Contaminações Esgoto doméstico Resíduos industriais 9

10 Contaminações 10

11 Em aulas anteriores Água para abastecimento: Índice de Qualidade das Águas (IQA) Oxigênio dissolvido Coliformes fecais ph Demanda bioquímica de oxigênio Nitratos Fosfatos Variação na temperatura Turbidez Resíduos totais 11

12 Saneamento básico no Brasil 83% são atendidos com abastecimento de água tratada Mais de 35 milhões de brasileiros não são abastecidos com água tratada! 12

13 Saneamento básico no Brasil 50% tem acesso à coleta de esgoto Mais de 100 milhões de brasileiros não têm acesso a esse serviço! Somente 43% dos esgotos coletados são tratados 13

14 Sistema de abastecimento de água Para a construção de um sistema de abastecimento de água, é necessário definir: A população a ser abastecida A taxa de crescimento da cidade e suas necessidades industriais Sistema projetado para servir à comunidade, durante muitos anos, com quantidade suficiente de água tratada 14

15 Sistema de abastecimento de água Sistema convencional: Captação Adução Estação de tratamento Reservação Redes de distribuição Ligações Domiciliares 15

16 Captação Seleção da fonte abastecedora: encontrar um manancial com vazão capaz de proporcionar perfeito abastecimento à comunidade Importante: Localização da fonte Topografia da região Possíveis focos de contaminação Eliminação de elementos macroscópicos, como folhas, galhos e outros detritos 16

17 Adução Processo de condução da água até os locais adequados Por isso é importante escolher bem a localização da fonte, quando possível Deve ser levado em consideração os custos para construção de dutos Garantir que no processo de adução na aja contaminação 17

18 Estação de Tratamento de Água (ETA) Local onde a água é tratada. Lá acontece: A remoção de material particulado, bactérias e algas Remoção da matéria orgânica dissolvida Remoção ou destruição de organismos patogênicos Esses processos podem ter variações dependendo da fonte da água e da qualidade a ser alcançada 18

19 Etapas do Tratamento Aeração PRÉ-TRATAMENTO Remoção de gases dissolvidos como H 2 S e organossulfurados Remoção de compostos orgânicos voláteis 19

20 Etapas do Tratamento Pré-alcalinização PRÉ-TRATAMENTO Adição de CaO (cal) ou NaOH (soda cáustica) para ajustar o ph para as próximas etapas 20

21 Etapas do Tratamento Coagulação PRÉ-TRATAMENTO Etapa onde partículas pequenas, que não se decantam, são aglutinadas É adicionado algum agente coagulante, como sulfato de alumínio, sais de ferro (III) e polímeros orgânicos 21

22 Etapas do Tratamento Coagulação PRÉ-TRATAMENTO Essas partículas que não se decantam podem ser poeira e também partículas coloidais (tamanhos de 1 a 100 nm) Esses tipos de partículas não podem ser sedimentadas nem filtradas por métodos convencionais 22

23 Etapas do Tratamento Coagulação O agente coagulante é adicionado e, em seguida, é promovida uma agitação violenta As partículas de sujeira são desestabilizadas e sua agregação é facilitada + Al 2 SO 4 3 (aa) + 6H 2 O (l) 2Al OH 3 (s) + 6H (aq) 2 + 3SO 4 (aq) O sólido gelatinoso encapsula as partículas suspensas na água 23

24 Etapas do Tratamento Floculação Depois da coagulação, a água é levada para tanques menores, com pouca agitação As partículas desestabilizadas anteriormente colidem umas com as outras e se agregam mais, formando flocos Esse processo é mais lento que a coagulação 24

25 Etapas do Tratamento Decantação Processo onde a água é mantida em repousa para que os flocos se depositem Esse processo dura cerca de 3h 25

26 Etapas do Tratamento Decantação O material residual formado é o lodo Formado por matéria orgânica, hidróxido de alumínio e outras impurezas Esses resíduos precisam ser tratados posteriormente 26

27 Etapas do Tratamento Filtração As águas da superfície dos decantares são recolhidas e encaminhadas para uma série de filtros Na etapa de filtração, as impurezas não eliminadas pelos decantadores são retidas 27

28 Etapas do Tratamento Filtração Nesta etapa todas as partículas sólidas são retiradas Inclusive substâncias solúveis podem ser retiradas através de adsorção em carvão 28

29 Etapas do Tratamento Desinfecção O método mais comum é a cloração Nessa etapa é segura, já que a matéria orgânica já foi eliminada São utilizados, normalmente, hipoclorito de sódio ou cálcio ou cloro gasoso 29

30 Etapas do Tratamento Cloração A partir de Cl 2 : + Cl 2(g) + 2 H 2 O (l) HOCl (aq) + H 3 O (aq) + HOCl (aq) + H 2 O (l) H 3 O (aq) HOCl é a substância ativa! + OCl (aq) + Cl (aq) 30

31 Etapas do Tratamento Cloração A partir de NaOCl e Ca(OCl) 2 : HOCl é a substância ativa! + NaOCl (s) + H 2 O (l) HOCl (aq) + Na (aq) + OH (aq) Ca(OCl) 2(s) + 2 H 2 O (l) 2 HOCl (aq) + Ca 2+ (aq) + 2 OH (aq) 31

32 Etapas do Tratamento Cloração Função do HOCl: destruição de microorganismos O HOCl passa facilmente através das membranas celulares dos microorganismos 32

33 Etapas do Tratamento Cloração O HOCl também é um agende oxidante e um agente de cloração Perigo em contato com compostos orgânicos: formação de trialometanos (THMs) Um dos mais preocupantes é clorofórmio (CHCl 3 ), que é carcinógeno e pode atingir o sistema nervoso central e cardiovascular Pré-cloração não é mais empregada! 33

34 Etapas do Tratamento Cloração Além da simplicidade operacional, a cloração ainda permite garantir a continuidade da desinfecção O excesso adequado de ácido hipocloroso garante a desinfecção nas próximas etapas da rede de distribuição O método é confiável e de baixo custo 34

35 Etapas do Tratamento Desinfecção A fluoretação também pode ser utilizada como etapa adicional, com o objetivo de diminuir a ocorrência de cárie na população O flúor é adicionado através de fluoreto de cálcio, fluoreto de sódio, ácido fluorsilícico e fluorsilicato de sódio 35

36 Etapas do Tratamento Etapas finais Análises físico-químicas e microbiológicas para atestar a qualidade da água 36