Aula 4: Química das Águas

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1 QUÍMICA AMBIENTAL 2S 2015 Aula 4: Química das Águas Parte 3a Purificação e Águas: Tratamento de água para abastecimento Thalles Pedrosa Lisboa Departamento de Química UFJF

2 Água Apesar de 75% da superfície do planeta ser recoberta por massas líquidas, a água doce não representa mais do que 3% desse total. O Brasil possui cerca de 12% de toda água doce distribuída em rios; Disponibilidade; Necessidade crescente; de consumo Desperdício; Poluição; Local Volume (km³) Percentual do Total (%) Oceanos ,61 Calotas polares e geleiras Água subterrânea Água doce de lagos Água salgada de lagos Água misturada no solo , , , , ,005 Rios 1,2 0,00009 Vapor d água na atmosfera Fonte: R.G. Wetzel, ,0009 2

3 Causas históricas 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 Política do Descaso 1/3 da população mundial não tem acesso a água tratada; No Brasil 94% da população tem acesso a água potável; 98% nas cidades; 70% nas regiões rurais; 37% da água tratada é perdida; 4

5 Toda água deve ser tratada? Depende da sua qualidade em comparação com os padrões de consumo. 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) 5

6 Processo de Tratamento de Água O tratamento da água é iniciado nas barragens, através de um serviço de proteção aos mananciais; Detritos e impurezas; Lançamentos de origem doméstica, agrícola ou industrial; Etapas de tratamento Captação Coagulação Floculação Decantação Filtração Desinfecção Fluoretação Clarificação 6

7 Captação A água passa por um sistema de grades que impede a entrada de elementos macroscópicos como folhas, galhos e outros detritos; Adução É a operação de conduzir a água desde o ponto de sua captação até a estação de tratamento, canalização (adutoras); 7

8 Coagulação A água é misturada ao coagulante e ao alcalinizante sendo agitada rapidamente para favorecer a dispersão de ambos na mistura; Floculação A água é agitada lentamente para favorecer a união das partículas, formando os flocos; 8

9 Coagulação A presença de impurezas cujas partículas são coloidais; Não se sedimentam; Necessidade de adição de coagulantes químicos: Al 2 (SO 4 ) 3, sais de ferro (III), polímeros orgânicos; Al 2 (SO 4 ) 3 + 6H 2 O 2Al(OH) 3 + 6H + + 3SO 4 2- Alcalinizantes: Ca(OH) 2 ; CaO (cal), sais de caráter básico como o Na 2 CO 3 (barrilha); 9

10 Decantação A água não é mais agitada e os flocos se depositam no fundo; O período médio de retenção da água nesses tanques é de 3 horas; O lodo do fundo é conduzido para tanques de depuração em uma estação de tratamento de sólidos (Linha Sólida), resíduos gerados na Linha Líquida; 10

11 Filtração A água passa por várias camadas filtrantes, onde ficam retidas as partículas não decantadas e substâncias solúveis (adsorção em carvão); Estas três etapas: floculação, decantação e filtração, recebem o nome de clarificação; 11

12 Desinfecção Eliminação dos micro-organismos não eliminados nas etapas anteriores; Ação sobre duas formas: Destruição ou inativação de micro-organismos patogênicos, algas e bactérias; Agente oxidante de compostos orgânicos e inorgânicos presentes; Processos: Cl 2 ou Solução de Hipoclorito; Cloraminas; Ozônio; Radiação UV; Formação de trialometanos (THM) 12

13 Desinfecção Água contaminadas com fenol são tratadas com dióxido de cloro; O cloro substitui os átomos de hidrogênio formando fenóis clorados (tóxicos); Vantagens: Não é um agente de cloração e não introduz átomos de cloro. Oxida matéria orgânica formando quantidades muito menores de subprodutos orgânicos tóxicos em relação ao cloro molecular. Desvantagens: Não pode ser estocado (explosivo) sendo gerado in situ. Pequenas frações são convertidas em íons tóxicos como ClO 2 - e ClO

14 Desinfecção Cl 2 : Cl 2(g) + 2H 2 O HOCl + H 3 O + + Cl - Dissociação fraca do ácido hipocloroso: 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 - 14

15 Fluoretação Prevenção da cárie dentária; Fluoreto de Cálcio (CaF 2 ), Fluoreto de Sódio (NaF), Ácido Fluorsilícico (H 2 SiF 6 ) e Fluorsilicato de Sódio (Na 2 SiF 6 ); Eficácia, grau de solubilidade, custo, continuidade de fornecimento, manuseio do composto, etc; 15

16 Fluoretação C mg/l = 22,2/E E = 10,3 + 0,725.T Valor Máximo Permitido para Fluoretos = 1,5 mg/l 16

17 Controle de Qualidade Análises físico-químicas e microbiológicas para atestar a qualidade da água (Portaria nº 36 do Ministério da Saúde, de 19 de janeiro de 1990); Armazenagem Distribuição Possível fonte de contaminação pós-tratamento; 17

18 18

19 Linha Sólida Cal Cloro Flúor Água Bruta Coagulação Floculação Decantação Filtração Reservatório de Água Tratada Torta de Lodo Desidratação Adensamento de Lodo Distribuição 19

20 Lodo de ETA Decantadores: 60 a 95% 97 a 99,5% de água; 0,5 a 3% sólidos: Produtos químicos do tratamento; Sólidos suspensos (silte, argila, areia); Partículas coloidais; Matéria orgânica; Filtro: 5 a 40% 0,01 a 0,1% sólidos; 20

21 Processamento e Destino de Lodos de ETA Adensamento Mesa desaguadora: 4 a 6% Flotação: 7% Adensadores por gravidade: 3% Desidratação Centrífugas: 20 a 22% Filtro prensa: 30% 21

22 Processamento e Destino de Lodos de ETA Recuperação de Produtos Químicos: - Recuperação de 60 a 90% de Sulfato de Alumínio; 22

23 Processamento e Destino de Lodos de ETA Aterros sanitários; Disposição controlada em certos tipos de solos; Co-disposição com biossólidos gerados em ETEs; Incineração dos resíduos; Lançamento na rede coletora de esgotos; Aplicações industriais para fabricação de tijolos (Projeto SABESP); 23