MÓDULO II 1. TRATAMENTO DE ÁGUA PARA ABASTECIMENTO PÚBLICO O objetivo do trataento é a produção da água que satisfaça os padrões físico-quíicos, quíicos e icrobiológicos para fins potáveis. No abasteciento de água das grandes cidades, no Brasil, a água bruta é superficial e doce. Consequenteente, as etapas envolvidas no processo de trataento, de u odo geral, são as apresentadas no esquea a seguir. ÁGUA BRUTA GRADEAMENTO AERAÇÃO (*) CLARIFICAÇÃO CONVENCIONAL Coagulação Floculação Decantação FILTRAÇÃO (*) CLORAÇÃO (*) (FLUORETAÇÃO) ÁGUA TRATADA (*) correções eventuais de ph 1.1. Gradeaento Consiste na retenção de aterial grosseiro (corpos, objetos), envolvendo o eprego de telas perfuradas, peneiras ou grades. Assi, galhos, latas, garrafas, etc., presentes e ua água bruta, fica retidos na etapa de gradeaento. Muitas vezes, a ocorrência de chuvas torrenciais, associada a descuido e irresponsabilidade abiental, provoca ua sobrecarga no gradeaento, causando sérios danos operacionais nas estações de trataento. 1.. Aeração Consiste na istura de água co ar, tendo coo objetivo principais os seguintes: reoção de gases e substâncias voláteis presentes na água, substituindo-os pelo oxigênio do ar; oxidação de íons, coo o ferroso (Fe ) e o anganoso (Mn ) a produtos pouco solúveis, coo o óxido férrico (Fe O ) e o dióxido de anganês (MnO ), facilente reovíveis na etapa de clarificação; reduzir a concentração de atéria orgânica, diinuindo a deanda de cloro; eventual redução do excesso de cloro livre e águas tratadas. Os aeradores pode ser: de gravidade; de ar difuso ou de circulação forçada; de aspersão ( chafarizes ). Entre os aeradores de gravidade, os ais couns são os de cascata e os de bandejas. 44
Observação: A eliinação de icroorganisos, por eio de aeração, é uito pequena. Entretanto, a aeração, juntaente co a clarificação convencional (coagulação, floculação e sedientação) e a filtração, responde, e édia, pela reoção de 0% a 5% dos icrorganisos patogênicos. Entretanto, para se conseguir ua eliinação total desses icrorganisos será necessária a utilização de étodos quíicos (cloração, ozonização, etc.) ou fotoquíicos (radiação ultravioleta) de desinfecção. 1.. Clarificação Convencional a. Introdução A sedientação natural de sólidos e suspensão dispersos na água e responsáveis por sua turbidez é uitas vezes difícil, sobretudo quando as partículas dispersas apresenta diâetro inferior a 10 5 ângstrons e quando as esas possue carga elétrica superficial (devido à adsorção de íons), fazendo co que as forças de repulsão entre elas dificulte sua agregação para foração de partículas aiores e ais facilente sedientáveis. De u odo geral, a turbidez apresentada por ua água bruta superficial se deve à presença de pequenas partículas (icelas) e suspensão de argilas, geralente co carga superficial negativa, decorrente da adsorção (retenção superficial) de ânions 4 silicatados ( SiO, SiO 4, etc.). Repulsão eletrolítica entre icelas co carga superficial negativa Observação: Na verdade, a icela apresenta ua dupla caada de cargas: a prieira (caada de Helholtz ou de Stern), ais próxia à superfície, é a responsável pela carga elétrica da icela; a segunda, ais difusa, co predoinância de íons de sinal contrário ao da carga da prieira caada, é responsável pela eletroneutralidade das cargas e torno da icela. b. Etapas de ua Clarificação Convencional A clarificação convencional envolve três etapas: coagulação, floculação e sedientação (decantação), podendo ser representada, de fora sucinta, de acordo co o seguinte esquea: COAGULAÇÃO (rápida) FLOCULAÇÃO (lenta) Flocos enores Floco aior (repouso) SEDIMENTAÇÃO 45
c. Coagulação e Floculação A etapa de COAGULAÇÃO consiste na reoção (neutralização) das cargas icelares. Essa reoção ou neutralização de cargas é conseguida, na aioria dos casos, pela adição de íons ou de icelas de sinal contrário ao das icelas dispersas no eio aquoso. Segundo a regra de Hardy-Schulze, quanto aior a carga do íon ativo (co carga de sinal contrário ao da icela), aior será o seu poder coagulante. Assi, para icelas co carga negativa, tereos, e teros de poder coagulante: Al > Mg > Na, onde o poder coagulante do Al é 9 vezes superior ao do Mg e 550 vezes superior ao do Na. O eprego de políeros ou polieletrólitos catiônicos P n, onde n alcança valores uito elevados, alé de apresentar alta eficiência coagulante, oferece a vantage adicional na foração de flocos (agloerado de icelas), segundo o esquea a seguir: COAGULAÇÃO floco FLOCULAÇÃO Entretanto, o alto custo dos políeros é o aior obstáculo ao seu eprego e larga escala, sobretudo, quando grandes vazões estão envolvidas, podendo os esos, contudo, sere utilizados coo auxiliares de floculação e relação a u agente coagulante principal. Os agentes coagulantes ais epregados coercialente são o sulfato de aluínio e os sais férricos (Fe ), ebora estes últios apresente a desvantage de conferir cor ao eio aquoso. Portanto, para os trataentos de águas brutas para fins industriais e de abasteciento público, o sulfato de aluínio ( Al (SO ) HO ; 14 x 18 ) é o agente coagulante ais utilizado. O cátion Al do sulfato de aluínio pode reagir co o ânion bicarbonato ( HCO ), principal constituinte da alcalinidade natural presente nas águas, segundo a equação: aq) (aq) Al ( HCO Al(OH) CO Observações: (s) O Al(OH) (hidróxido de aluínio) é ua foração sólida gelatinosa, constituída por icelas co carga superficial positiva capazes de aglutinar as icelas negativas dos sólidos e suspensão (SS), de odo altaente eficiente e desejável, forando FLOCOS. Portanto, o sulfato de aluínio é, na realidade u agente coagulante e floculante. 4 SS SS Al(OH) Foração de Floco (representação esqueática) SS SS 46
Coo a reação proove diinuição da alcalinidade do eio e foração de dióxido de carbono (óxido ácido), poderá ocorrer, dependendo do nível de alcalinidade presente, ua queda ais ou enos acentuada do ph do eio aquoso. Muitas vezes, a concentração de íons bicarbonato ( HCO ) é pequena. Consequenteente, a alcalinidade natural presente não é suficiente para ua produção substancial de icelas de hidróxido de aluínio. Nesses casos, surge a necessidade de proover a reação do Al co ALCALINIDADE ADICIONAL através do acréscio de íons carbonato ( CO água, de acordo co as seguintes equações: ( aq) CO(aq) HO( ) Al(OH) (s) CO Al Al ( aq) OH(aq) Al(OH) (s) ) ou hidroxila (OH - ) à A barrilha ( NaCO x HO ) e a cal ( Ca(OH) ) são as fontes usualente epregadas para se adicionar, respectivaente, as alcalinidades de carbonato ( CO (OH - ) a ua deterinada água. a. Jar Tests ) e hidroxila São ensaios, realizados e laboratório, que objetiva deterinar: a concentração de alcalinidade a ser acrescentada (se necessário), capaz de proover a elhor coagulação-floculação a ser desenvolvida na etapa seguinte; a concentração ideal do agente floco-coagulante (p.ex.: sulfato de aluínio) a ser epregada e capaz de fornecer a elhor coagulação-floculação possível, a partir da concentração ideal de agente alcalinizante, obtida na etapa anterior; a eventual concentração ideal de u políero (auxiliar de floculação) a partir dos dados anteriorente obtidos. Observações: as concentrações ideais são definidas pela foração de flocos aiores e, consequenteente, pela produção de ua água ais lípida; o equipaento de laboratório utilizado nos Jar Tests dispõe de u sistea de agitação co velocidade variável e de u certo núero de recipientes (geralente, de três a seis), segundo a figura esqueática a seguir. tacôetro becher (1) () () (4) 47
Exeplo Resolvido: E duas séries de Jar Tests, objetivando deterinar as concentrações ideais de agente alcalinizante (NaOH) e floco-coagulante (sulfato de aluínio), fora obtidos os seguintes resultados: Teste n.º 1 AGENTE (concentração) RECIPIENTE 1 4 NaOH (pp) 0,0 5,0 10,0 15,0 Al (SO 4 ) x H O (pp) 0,0 0,0 0,0 0,0 Hipótese: o elhor resultado foi obtido no recipiente concentração ideal de NaOH 5,0 pp (concentração a ser antida no teste seguinte). Teste n.º AGENTE (concentração) RECIPIENTE 1 4 NaOH (pp) 5,0 5,0 5,0 5,0 Al (SO 4 ) x H O (pp) 15,0 0,0 5,0 0,0 Hipótese: o elhor resultado foi obtido no recipiente concentração ideal de Al (SO 4 ) x H O 5,0 pp Deterine: (a) o volue de solução-estoque contendo 5000 pp de Al (SO 4 ) x H O necessário a adicionar 1,0 pp do eso a 1000 L de água bruta; (b) as vazões de Ca(OH) e Al (SO 4 ) x H O, e kg/h, a sere epregadas no trataento de 400 /h de água bruta, co base nos ensaios realizados. Dados: assas-equivalentes (g/eg): NaOH 40,0 ; Ca(OH) 7,0. Solução: (a) V i c i V f c f V i 5000 1000 1,0 V i 0,0 L (b) Melhor resultado obtido nos Jar Tests : c NaOH 5,0 pp ; c 5,0 pp (para o Al (SO 4 ) x H O) Concentração de Ca(OH) : EGCa(OH) 7,0 cca (OH) c c 5,0 c NaOH Ca(OH) Ca(OH) EG 40,0 NaOH Vazões de Ca(OH) e de Al (SO 4 ) x H O: g g Ca(OH) : 4,6 400 1 1,8 10 1 h h Al (SO 4 ) x H O: 1 g 4 g 5,0 400 1,00 10 h 48 1,8 kg / h 10,0 kg/h 4,6 pp.
b. Condução das Etapas e Escala Industrial Tanto nos testes de laboratório, coo nos trataentos e escala industrial, a etapa de coagulação é conduzida e istura rápida e a de floculação e istura lenta, pois ua floculação conduzida e istura rápida levaria à fragentação dos flocos. Etapas e Tepos Epregados ETAPA LABORATÓRIO TEMPO (in) ESCALA INDUSTRIAL COAGULAÇÃO 1 0,0,0 FLOCULAÇÃO - 5 10 50 DECANTAÇÃO - 60 40 Os volues dos tanques de coagulação e de floculação pode ser deterinados a partir do conheciento das vazões (Q) e dos tepos de detenção (t d ), por eio da equação: V Q t d Geralente, os tepos de detenção epregados varia de 15 s a 60 s, para a coagulação, e de 10 in a 50 in, para a floculação. Os volues úteis dos tanques de coagulação não deve exceder 8,0. No caso de volues aiores, deverão ser usados tanques dispostos e paralelo. A potência (P) de agitação nos tanques de coagulação e floculação pode ser calculada por interédio da expressão: P µ V G, onde: P potência requerida, e W; µ - viscosidade do eio, e kg -1 s -1 ; V volue útil do tanque, e ; G gradiente de velocidade, e s -1. Os valores de G (gradiente de velocidade) pode ser obtidos da literatura técnica disponível ou a partir de dados experientais e laboratório ou e instalação-piloto. Os gradientes de velocidade varia, noralente, de 600 a 1000 s -1, para a coagulação, e de 0 a 00 s -1, para a floculação. E lugar de agitação ecânica, alguns étodos enos eficientes coo o eprego de calhas Parshall, canais aletados ou insuflação de ar ( air ixing ) são freqüenteente utilizados. 1.4. Sedientação (Decantação) Após as etapas de coagulação, desenvolvida e istura rápida, e de floculação, realizada e istura lenta, segue-se a etapa de sedientação, onde os flocos, cada vez aiores, acaba sofrendo deposição. A sedientação pode ocorrer de acordo co os seguintes ecanisos: Sedientação Discreta Ocorre co partículas praticaente esféricas e co diâetro superior a 10 6 Å, onde a força-peso da partícula é copensada pela soa das forças de epuxo e viscosa, 49
ocorrendo sedientação co velocidade constante (velocidade terinal ou velocidadeliite). A sedientação discreta ocorre, por exeplo, nas caixas de areia co partículas de argila e areia na etapa que antecede a decantação priária no trataento de esgoto sanitário. Sedientação Floculenta Há ua agloeração de partículas, co alterações de suas características (taanho, fora, densidade) durante o processo, ocorrendo a foração de grandes flocos. É observada nos decantadores priários, no trataento de águas residuárias doésticas (esgotos sanitários). Sedientação Zonal As partículas fora u conjunto ou ua nuve de partículas progressivaente aiores, gerando interfaces distintas e relação à fase líquida. É observada nos decantadores secundários (decantação de lodos ativados) no trataento de águas residuárias e na etapa de floco-decantação das icelas aglutinadas co hidróxido de aluínio nos trataentos de águas para abasteciento público e industrial. As sedientações floculentas e zonais são realizadas e unidades denoinadas DECANTADORES, SEDIMENTADORES ou CLARIFICADORES. Co ou se etapas precedentes de trataento, os DECANTADORES, SEDIMENTADORES ou CLARIFICADORES pode ser classificados e dois tipos principais: RETANGULAR e CIRCULAR. ANTEPAROS (CHICANAS) AFLUENTE ZONA DE SEDIMENTAÇÃO EFLUENTE CLARIFICADO ZONA DE LODO DESCARGA DE LODO a. Clarificadores Retangulares (Convencionais) São noralente utilizados para grandes vazões na clarificação de águas de abasteciento público ou na obtenção de água industrial e epresas de grande porte. O tepo de detenção (t d ) epregado na decantação é de aproxiadaente de,0 a 4,0 horas, onde: t d volue do Decantador (V) Vazão (Q) Coo as vazões e os tepos de detenção são altos, os decantadores retangulares ou convencionais são de grande porte e envolve altos custos de construção e necessita da disponibilidade de grandes áreas para a instalação dos esos. 50
b. Clarificadores Circulares ou de Fluxo Ascendente ( Upflow Clarifiers ) E u clarificador circular para trataento de água de abasteciento público e industrial, as etapas de coagulação, floculação e decantação ocorre e setores distintos do eso clarificador. O tepo total de detenção varia entre 1 e horas, dependendo da qualidade da água afluente e da eficiência dos agentes coagulante e floculante epregados. A área da seção reta do clarificador é circular e sua geoetria (e vista lateral) pode ser representada pelo seguinte esquea típico para u clarificador de contato de sólidos ( solids-contact ). MISTURA RÁPIDA (coagulação) MISTURA LENTA (floculação) ZONA DE SEDIMENTAÇÃO Ua iportante variante para os clarificadores circulares de contato de sólidos é o clarificador co foração de colchão de laa ( sludge blanket ). Os clarificadores circulares co foração de colchão de laa e de contato de sólidos são ostrados co aior detalhaento segundo os esqueas a seguir. Agitador Alientação de Prod. Quíicos Afluente Filtro de Superfície Coletor de Efluente Efluente (sobrenadante) Linha de Descarga de Lodos Concentrador de Lodo Braço Agitador Zona de Mistura Aletas Dreno Aostras 51
Prod. Quíicos Prod. Quíicos Efluente (sobrenadante) Água Clarificada Zona de Reação e Mistura Secundária Agitador Concentrador Zona de Retorno de Fluxo Água Bruta Descarga Zona de Reação e Mistura Priária Anteparo Dreno Observação: Nos clarificadores co foração de colchão de laa a água afluente, após a coagulação e floculação, passa através da caada de sólidos e suspensão de flocos pré-forados. Nos clarificadores circulares estabelece-se velocidades de fluxo ascensional (taxas de transbordaento ou de overflow cujos valores situa-se entre 40 e 75 /(. d). A velocidade de fluxo ascendente v a ou taxa de transbordaento corresponde à velocidade de sedientação de ua partícula que percorre a altura efetiva do clarificador e u intervalo de tepo igual ao tepo de detenção (t d ). Geralente, v a corresponde a 80% do valor da velocidade de sedientação (v s ), estabelecida através de dados experientais, para u clarificador circular. Assi, teos: V t d ; v s 0,80 va ; Q Q v a ; A h V A onde A e h são, respectivaente, a área da seção reta do decantador (circular) e sua altura efetiva. Observações: Os cálculos encionados são apenas orientativos e objetiva apenas que a partir de ua dada vazão (Q), para 1 h < t d < h e para 40 < v a < 75, d d tenhaos ua idéia aproxiada do volue (V), da área da seção circular (A) e da altura efetiva de u clarificador de fluxo ascendente. Há outros odelos alternativos para equipaentos de floco-decantação (coo os floco-sedientadores de tubos inclinados). Entretanto, nosso objetivo foi tão soente o de fornecer ua visão geral dos principais tipos de clarificadores noralente epregados. 5
1.5. Filtração a. Introdução A filtração é ua operação de separação das fases sólida e líquida, sendo esta últia, e nosso caso, u eio aquoso. A filtração é noralente epregada coo u procediento posterior a outras operações e processos preliinares, coo a decantação ou clarificação convencional, nos trataentos de águas. Abordareos, co aior ênfase, as filtrações e eio granular, epregadas e trataentos de águas quando desejaos reover, do eio aquoso, sólidos e suspensão co concentrações situadas entre 5 e 50 pp, coo no caso das águas de abasteciento público. Entretanto, a filtração e eio granular pode ser utilizada e situações industriais onde o nível de sólidos e suspensão pode alcançar até 1000 pp, proovendo 90% de reoção dos sólidos. Dos vários tipos de filtros de eio granular utilizados na reoção de sólidos e suspensão, os ais couns são os de eio filtrante de areia silicosa (SiO ), ebora o leito de antracita, carvão ineral co elevado teor de carbono fixo, seja, tabé, bastante epregado. Para esses filtros, a taxa de filtração (θ) pode ser definida pela relação entra a vazão (Q) da água e a área da seção reta (A) do eio filtrante. No Brasil, a taxa de filtração é usualente expressa e /(. dia) ou /(. h). A Q θ A Q b. Filtros de Gravidade Rápidos São filtros largaente epregados no trataento de águas para abasteciento público, sendo utilizados após o processo de clarificação convencional que envolve as etapas de coagulação, floculação e sedientação. A lâina de água situa-se entre 1,0 e 1,5 etros acia da caada de areia, sendo a espessura dela aproxiadaente igual a 0,60, seguindo-se ua caada de cascalhos, co cerca de 0,45 de espessura. Esqueaticaente, teos: ÁGUA areia cascalho θ 10 / ( dia) ÁGUA TRATADA 5
Atualente, outros tipos de filtros rápidos tê sido usados, tais coo: Filtros de Múltiplas Caadas Exeplo: filtros de dupla caada (areia e carvão antracítico). Filtros Invertidos Exeplo: filtros onde o fluxo de água é feito de baixo para cia. c. Filtros de Pressão Convencionais Os filtros de pressão convencionais são seelhantes aos de gravidade rápidos, quanto ao eio granular utilizado coo eio filtrante. Assi, a aior parte da filtração verificase na superfície do leito ou e caadas be próxias à esa. A lipeza do filtro é feita por inversão do fluxo (retrolavage ou backwashing ), coo nos filtros de gravidade rápidos. Entretanto, sendo equipaentos fechados, a pressão filtrante é aior, fazendo co que aiores taxas de filtração seja alcançadas. Esqueaticaente, teos: 180 < θ < 00 / ( dia) d. Filtros de Pressão de Alta Vazão São filtros de pressão, onde o eio filtrante é geralente de areia, poré co granuloetria unifore, não epregando caadas de areia co diferentes taanhos de grãos. Suas taxas de filtração são aiores e seus tepos de retrolavage são be enores ( a inutos). A filtração não se restringe à superfície do filtro ou às caadas superiores, sendo realizada ao longo de todo eio filtrante. Esqueaticaente, teos: 54
800 < θ < 1100 / ( dia) Exeplo Resolvido: Ua estação de trataento de água (ETA) de ua cidade produz água clarificada convencional co ua vazão de 5,00 /s. Calcule o núero ínio de filtros de gravidade, co taxa de filtração igual a 10 /(. dia), necessários à obtenção de água filtrada. Dado: Área de seção reta de cada filtro (a) 5,0. Solução: Q 5,00 s,60 10 s h 4,0 h dia Q 4, 10 5 dia θ Q A Q A θ A 4, 10 10 5 / ( / dia dia) A,60 10 Núero de filtros (n):,60 10 n 5,0 n 144 filtros Exeplo Resolvido: Ua piscina retangular apresenta as seguintes diensões: Copriento (a) 16,0 ; Largura (b) 8,00 ; Profundidade édia (c) 1,50. Considerando u tepo de filtração (t) igual a 8,00 horas, calcule a área de seção reta do filtro de alta vazão (θ 1080 /(. dia)) a ser epregado. Solução: Volue de água da piscina (V): V a b c V 16,0 8,00 1,50 V Vazão (Q) através do filtro: 19 V Q t 19 Q 8,00 h Q 4,0 h Q 4,0 h 4 h dia Q 576 dia 55
Obs.: O tepo de filtração recoendado, estiado co base na vazão da boba, é o tepo necessário para filtrar todo volue de água da piscina. Área (A) da seção reta do filtro: 576 Q A A dia A 0,5 θ 1080 dia Obs.: Considerando que a seção reta do filtro é circular, é possível deterinar o seu diâetro: π d 4 A 4 0,5 A d d d 0,84 4 π,14 d 8,4 c e. Outros Tipos de Filtro E nosso trabalho, procuraos abordar, de odo suário, os principais filtros de eio granular. Entretanto, uitos outros tipos de filtro são utilizados industrialente, sobretudo para separações sólido-líquido onde a concentração de sólidos é be aior, coo nas desidratações ( dewatering ) de laas, lodos, precipitados, etc. Assi, filtros-prensas, filtros (à vácuo) de tabor rotativo, etc. são noralente epregados e operações industriais, e geral, e e operações de trataento de águas residuárias e de aproveitaento ou preparo para destinação de resíduos sólidos. 1.6. Cloração a. Esterilização e Desinfecção A esterilização de u eio consiste na eliinação total dos icrorganisos do eso. Por outro lado, a desinfecção de u eio consiste na eliinação dos icrorganisos patogênicos desses eios. Basicaente, os agentes esterilizantes são os esos agentes desinfetantes, poré, epregados e dosagens ais altas ou e condições ais severas. Assi, o cloro e baixas concentrações pode desinfetar u eio aquoso; contudo, para esterilizá-lo deverão ser epregadas concentrações ais altas. Do eso odo, ua água pode ser desinfetada pelo calor úido a 100 o C; entretanto, para esterilizá-la será necessária a utilização de calor úido a 10 o C, sob pressão. Na aior parte dos casos, a desinfecção é suficiente, resultando no eprego de condições ais satisfatórias, do ponto de vista econôico. Tanto industrialente, coo para fins de abasteciento público, a cloração é o processo ais epregado para efeito de desinfecção do eio aquoso. A cloração consiste na adição de cloro ativo a ua água, entendendo-se coo cloro ativo ua espécie oxidante do eleento cloro, capaz, e laboratório, de proover a oxidação do íon iodeto (I - ) a iodo (I ). Assi, teos: Cl 0 1 1 4, HCl O, Cl O, Cl O, etc. (espécies contendo cloreto ativo); Cl - (não é cloro ativo, visto que o Cl - não é ua fora oxidante do eleento cloro, por não ser capaz de sofrer redução). Os odos ais freqüentes de adicionar cloro ativo a ua água são através do eprego de cloro eleentar (Cl ) ou de hipocloritos (ClO - ), ebora o objetivo real seja o de se alcançar a áxia concentração possível de ácido hipocloroso (HClO), e função de seu excepcional poder icrobicida. 56
b. O Equilíbrio Cloro / Ácido Hipocloroso / Hipoclorito Quando cloro eleentar (Cl ) é adicionado à água, os seguintes equilíbrios são estabelecidos: (ácido hipocloroso) Cl HO (cloro) HClO H Cl H ClO (hipoclorito) Os esos equilíbrios são estabelecidos quando o íon hipoclorito (ClO - ) é adicionado a u eio aquoso co algua acidez, considerando-se as reações no sentido inverso. Ua grande diinuição do ph (auento da acidez) conduziria à liberação de Cl. Contrariaente, u grande auento do ph (auento da basicidade ou diinuição da acidez) conduziria à presença altaente predoinante do íon ClO -. E valores interediários na escala de ph, o ácido hipocloroso pode ocorrer e aior ou enor proporção no cloro ativo presente, de acordo co o diagraa a seguir: A observação do diagraa leva à construção do seguinte quadro de valores: ph HOCl (%) ClO - (%) 5 100,0 0,0 6 95,0 5,0 7 75,0 5,0 8 0,0 80,0 9,0 97,0 57
Exeplo Resolvido: Deseja-se estiar o consuo de u produto X, co 0,0% de cloro ativo, na Estação de trataento de Água (ETA) de ua cidade. Considerando o efeito desinfetante do íon hipoclorito (ClO - ) desprezível e coparação co o do ácido hipocloroso (HClO), deterine o consuo do produto X, e toneladas/ês: (a) e ph 7,0; (b) e ph 8,0. Dados: Vazão de água na ETA (Q) 500 /h; Concentração de cloro ativo (c) a ser adicionada 5,00 pp (e ph 7,0); Regie operacional da ETA: 4,0 h/dia; 0,0 dia/ês; Considerar os dados provenientes do diagraa CLORO ATIVO (HClO (%)) vs. ph. Solução: Vazão ensal de água: Q 500 h 4,0 h dia 0,0 dia ês Q,60 10 5 ês (a) Consuo () ensal de cloro ativo, e ph 7,0: c Q g 5,00,60 10 5 ês 1,80 10 6 g ês t 1,80 de cloro ativo (Cl ). ês Consuo ( x ) ensal do produto X (contendo 0,0% de cloro ativo), e ph 7,0: x t cloro ativo 100 1,80 ês 0 g g X cloro ativo x 6,00 t de X / ês (b) aditindo que a eficiência da operação esteja diretaente relacionada co a presença do HClO e desejando que as eficiências de cloração no ph 7,0 e no ph 8,0 seja idênticas, teos: 1 HClO HClO, onde e são, respectivaente, os consuos de ácido HClO 1 HClO hipocloroso, e ph 7,0 e e ph 8,0. Logo, tereos: HClO 75,0 g HClO 100,0 g cloro ativo 0,0 g cloro ativo 100,0 g X x e ph 7,0 HClO 75,0 0,0 100 100 x (1) 1 HClO 0,0 g HClO 100,0 g cloro ativo 0,0 g cloro ativo 100,0 g X 1 x e ph 8,0 1 HClO 0,0 0,0 100 100 1 x () 58
Igualando as expressões (1) e (), tereos: 75,0 0,0 100 100 x 0,0 0,0 100 100 1 x 1 x 75,0 x 0,0 () Coo x 6,00 t, tereos, finalente: 1 x 75,0 6,00 t 0,0 x 1,5 t de X Observações: 1 P A expressão () pode ser generalizada: x 1 x, onde P e P 1 são os nueradores P das frações percentuais de HClO no cloro ativo, nos valores de ph considerados. Ua reflexão sobre a expressão generalizada obtida, ostra-nos a iportância fundaental do ph do eio na eficiência da cloração e, consequenteente, nos consuos de produtos de cloração. Na verdade, o íon hipoclorito tabé apresenta poder desinfetante (oxidante), ebora este seja be inferior ao do ácido hipocloroso (cerca de 10 a 0 vezes enor). c. Deanda de Cloro (Cl D ) Pode ser definida a partir da seguinte equação: Cl A Cl D Cl R ou Cl D Cl A - Cl R, onde: Cl A cloro ativo adicionado; Cl D deanda de cloro ou cloro deandado ou consuido; Cl R cloro residual (livre e/ou cobinado). A deanda de cloro (Cl D ) corresponde à concentração de cloro ativo que é consuido, através de reações de oxidação e substituição, pelas espécies orgânicas e inorgânicas presentes na água. Essas reações ocorre co substâncias tais coo: proteínas, ainoácidos e carboidratos (presentes nos icrorganisos), poluentes orgânicos (fenol etc.), H O, NH, Fe, Mn etc., e u tepo total nunca inferior a 15 inutos. d. Cloro Residual (Cl R ) O CLORO RESIDUAL COMBINADO (Cl RC ) inclui os produtos resultantes da cloração que ainda encerra espécies cloradas e oxidantes, coo as clorainas, provenientes da ação do Cl, HClO ou ClO - sobre o NH ou grupos aino (NH ). Exeplo: NH HClO NH Cl (onoclora in a) NH Cl HClO NHCl (diclora in a) NHCl HClO NCl ( tricloreto de nitrogênio) O H O H O H O poder desinfetante das clorainas é be enor que o do ácido hipocloroso (HClO), exigindo, ainda, aior tepo de contato para realização do processo de desinfecção. A foração de clorainas (clorainação) pode ocorrer co NH ou grupos aino presentes na água ou co aônia (NH ) adicionada e estações de trataento, ebora este últio étodo esteja sendo abandonado e substituído, quase que totalente, pela cloração de residual livre ou cloração Breakpoint. 59
Considereos o diagraa CLORO RESIDUAL (e pp de cloro ativo) versus CLORO ADICIONADO (e pp de cloro ativo): reta reta de de deanda ZERO auento do cloro auento do cloro residual livre residual livre CLORO RESIDUAL (pp) CLORO RESIDUAL (pp) CLORO RESIDUAL LIVRE CLORO APLICADO (pp) Região 1: parte do gráfico onde o cloro adicionado desaparece instantaneaente e decorrência de reações co íons etálicos ou co atéria orgânica co alta reatividade, não ocorrendo o registro de cloro residual. Região : corresponde à foração de cloro residual cobinado (clorainas), atingindo o seu valor áxio no ponto A. Região : corresponde à destruição do cloro residual cobinado, decorrente da oxidação das clorainas ou da odificação de outros copostos orgânicos clorados, até atingir o ponto B ( Breakpoint ). Região 4: parte do gráfico correspondente à predoinância de CLORO RESIDUAL LIVRE (Cl RL ) devido às presenças de HClO (ácido hipocloroso) e ClO - (ânion hipoclorito). A aior parte dos processos de cloração atualente executados, envolve a produção de CLORO RESIDUAL LIVRE (cloração Breakpoint ). A deterinação da concentração de cloro residual livre é realizada por étodos específicos coo o DPD-, utilizando o N,N-dietil-p-fenilenodiaino coo indicador, segundo u procediento fotocoloriétrico. Exeplo Resolvido: Fora adicionados 0,0 g de u produto X, contendo 65,0% de cloro ativo, a 1,00 litro de água bruta. Decorrido o tepo necessário à conclusão das reações co as espécies presentes na água, constatou-se, através de deterinação voluétrica, a presença de ua concentração de cloro residual igual a 9,00 pp de cloro ativo. Deterine a DEMANDA DE CLORO da água, expressa e pp de cloro ativo. 60
Solução: Concentração de cloro ativo adicionado (Cl A ): 65,0% 0,0 g ClA ClA 0,650 0,0 g / L ClA 1,0 g / L 1,00 L Cl A 1,0 pp Cl DEMANDA DE CLORO (Cl D ) ou concentração de cloro ativo deandado: Cl Cl Cl Cl 1,0 9,00 Cl 4,00 pp Cl D A R D D E resuo, podeos concluir que existe dois tipos principais de cloração: 1º) Cloração de Residual Cobinado Cl RC Cl A - Cl D ( Ι ) º) Cloração de Residual Livre (onde Cl R encontra-se sob as foras de HClO e ClO - ) Cl RL Cl A - Cl D ( ΙΙ ) Evidenteente, para ua esa água, os valores das concentrações Cl A e Cl D e ( ΙΙ ) são aiores que e ( Ι ), pois a deanda de cloro e ( ΙΙ ) inclui o cloro ativo necessário à destruição (oxidação) das clorainas. e. Cloro Ativo Disponível ( Available Chlorine ) O conheciento do conteúdo de cloro ativo disponível, e u dado produto coercial, expresso e pp Cl, é de grande iportância dos pontos de vista técnico e econôico. Coo já foi encionado anteriorente, o cloro ativo é capaz de oxidar iodeto (I - ) a iodo (I ) e, dependendo do conteúdo de cloro ativo de u produto, a quantidade de I - oxidada pode ser aior ou enor. A percentage (p) de cloro ativo, e u produto coercial, pode ser estiada através da seguinte equação: p p Nox, onde: p 1 p 1 p percentage de cloro ativo (oxidante) na substância ativa; percentage da substância ativa no produto coercial; Nox variação do núero de oxidação na equação de redução de cloro ativo (Nox > - 1) a cloreto (Nox -1). Exeplo Resolvido: Estiar o percentual (p) de cloro (ativo) disponível presente nos seguintes produtos: (a) solução de hipoclorito de sódio, contendo 10,0% de NaClO; (b) dióxido de cloro (ClO ), quiicaente puro; (c) cloro (Cl ), quiicaente puro; (d) hipoclorito de cálcio coercial, contendo 85% de Ca(ClO). H O. Massas Molares (g/ol): H 1,0; O 16,0; Na,0; Cl 5,5; Ca 40,0. Solução: Cl 5,5 5,5 (a) p1 p1 p1 0, 477 NaClO,0 5,5 16,0 74,5 p 10,0% p Cálculo de Nox: 0,100 NaClO Nox(Cl) 1;Cl Nox(Cl) 1 Nox ( 1) ( 1) Nox p1 p Nox p 0,477 0,100 p 0, 0954 p 9,54% p 61
Cl 5,5 5,5 (b) p1 p1 p1 0, 56 ClO 5,5 16,0 67,5 p 100% p 1,00 Cálculo de Nox: ClO Nox(Cl) 4; Cl Nox(Cl) 1 Nox ( 4) ( 1) Nox 5 p1 p Nox p 0,56 0,100 5 p, 6 p 6% p (c) p 1 1 (substância siples) p 100% p 1,00 Cálculo de Nox: Cl Nox(Cl) 0; Cl Nox(Cl) 1 Nox 0 ( 1) Nox 1 (d) p1 p Nox p 1 0,100 1 p 1, 00 p 100% p Cl p1 p1 Ca(ClO) H O 71,0 p p1 179 1 p 85,0% p Cálculo de Nox: 0,97 0,850 5,5 40,0 (5,5 16,0) 18,0 Ca(ClO ) HO Nox(Cl) 1; Cl Nox(Cl) 1 Nox ( 1) ( 1) Nox p1 p Nox p 0,97 0,850 p 0, 675 p 67,5% p f. Produtos Coerciais Contendo Cloro Ativo Disponível Entre os produtos ais coercializados, pode ser destacados os seguintes: Cloro Eleentar, Cloro Gasoso ou Cloro (Substância Siples) É ebalado e cilindros etálicos, sob pressão, estando, portanto, sob fora liquefeita. Co a diinuição de pressão, para efeito de aplicação, o cloro (Cl ) assue o estado gasoso, sendo adicionado à água por eio de cloradores. O cloro eleentar conté 100% de cloro ativo disponível. 6
Solução de Hipoclorito de Sódio (NaClO) As soluções de NaClO, coercializadas alguas vezes co a denoinação inadequada de cloro líquido, conté, originalente, cerca de 10% de cloro ativo. Entretanto, outros produtos ais diluídos (e eio básico), pode ser coercializados (por exeplo, água sanitária co,5% de cloro ativo). A perda de cloro ativo é acelerada pelo auento da teperatura, exposição a radiação solar, etc., co as soluções de hipoclorito de sódio apresentando, uitas vezes, tepos de eia-vida (tepo e que a concentração de cloro ativo cai à etade) inferiores a eses. Hipoclorito de Cálcio É coercializado, noralente, sob a fora sólida granulada, tendo coo atéria ativa o Ca(ClO) e contendo de 65% a 70% de cloro ativo. Ebora sendo u produto ais caro, sua eia-vida é uito aior que a das soluções de hipoclorito de sódio. Seu eprego, portanto, é bastante vantajoso e alguas aplicações específicas (trataento de água de refrigeração, trataentos de águas de piscinas, etc.) Cal Clorada, Cloreto de Cal, Clorocal, Cloreto-hipoclorito de Cálcio Coercializado sob a fora sólida pulverizada, tendo coo atéria ativa o Ca Cl - ClO ou CaOCl e contendo de 5% a 5% de cloro ativo, apresenta tepo de eia vida inferior ao do hipoclorito de cálcio e superior ao das soluções de hipoclorito de sódio. g. Produtos contendo Cloro Ativo Disponível preparados no local ou não-transportáveis Clorainas Pode ser preparadas a partir da reação de Cl, HClO ou ClO - co NH (adicionado) quando se deseja realizar ua CLORAÇÃO DE RESIDUAL COMBINADO. Ebora a cloração de residual cobinado seja u procediento ainda adotado e alguas estações de trataento de água de abasteciento, a tendência doinante atual é a da utilização da CLORAÇÃO DE RESIDUAL LIVRE (cloração ao breakpoint ). Dióxido de Cloro (ClO ) É preparado próxio ao local de aplicação por eio da reação entre cloro e clorito de sódio, de acordo co a seguinte reação: Cl ClO ClO Cl O dióxido de cloro é u poderoso agente oxidante e desinfetante. Não reage co aônia e seus derivados, destrói os fenóis se produzir os indesejáveis derivados fenólicos clorados e não produz haloetanos, diinuindo consideravelente a concentração de seus precursores. Entretanto o ClO é uito volátil e explosivo e sua preparação requer cuidados uito especiais. 6
h. Considerações Adicionais Se dúvida, a cloração é o processo de desinfecção ais largaente utilizado, coo decorrência de sua boa eficiência, baixo custo e da possibilidade da presença de cloro residual que atua coo indicador de desinfecção e coo reagente potencial diante de containações posteriores. E casos de altas concentrações de containantes, pode ser recoendado o eprego de SUPERCLORAÇÃO que consiste na adição de quantidades de cloro à água be superiores às necessárias à obtenção de cloro residual livre. A supercloração é usada, e geral, quando se deseja-se ua desinfecção rápida para se fazer frente a ua elevada containação. As concentrações de cloro ativo aplicadas varia entre 5,0 e 50 pp, obtendo-se residuais livres uito acia do breakpoint. Após ua super cloração, é cou o eprego de processos de reoção do excesso de cloro (descloração) coo a adição de sulfitos ou a utilização de filtração co carvão ativado. Meso considerando as vantagens encionadas do processo de cloração, alguns cuidados deve ser observados. U dos sérios inconvenientes da cloração por eio do cloro eleentar ou de hipocloritos, e presença de ua alta concentração de containantes orgânicos ( icrorganisos, alta DQO, etc), é o da foração de haloetanos, coo o CHCl (tri-haloetano ou THC), prejudiciais ao consuo huano e tidos coo produtos cancerígenos. As clorações por eio de clorainas (NH x Cl y ), e clorações de residual cobinado, co eprego de dióxido de cloro (ClO ) reduze drasticaente a foração dos haloetanos. Cabe, contudo, ressaltar que a cloração de residual livre, a ais largaente utilizada, pode e deve ser epregada, salvo quando ocorre altas concentrações de containantes orgânicos. 1.7. Fluoretação A fluoretação consiste na adição de íon fluoreto (F - ) à água de abasteciento, tendo coo objetivo a prevenção da cárie dentária, através da conversão da hidroxiapatita, presente no dente e foração, e fluorapatita, espécie ais dura e resistente, através da seguinte equação: Ca10 (OH) (PO ) 6 F Ca10F (PO ) 6 OH 4 (hidroxiapatita) 4 (fluorapatita) A concentração de fluoreto adicionado à água oscila entre 0,70 pp F -, no verão, a 1,00 pp F -, no inverno, quando é enor a ingestão de água. Os aditivos quíicos ais frequenteente epregados, para a incorporação de fluoreto à água, são o fluoreto de sódio (NaF), o ácido fluorossilícico (H SiF 6 ) e o fluorossilicato de sódio (Na SiF 6 ). Exeplo Resolvido: Deterine a assa diária de H SiF 6 necessária à fluoretação da água e ua Estação de Trataento (ETA). Dados: Vazão da água na ETA 1,80 x 10 6 /dia; Massas Molares (g/ol): F - 19,0; H SiF 6 144; Concentração de F - recoendada 0,850 pp F -. Solução: F g F 6 6 g F 0,850 1,80 10 1,5 10 F dia dia MOLH SiF6 6 144 1,5 10 6 F HSiF6 6 MOL 6 19,0 HSiF HSiF6 F 64 1,9 10 6 g dia
t H 1,9 SiF 6 dia Observação: A fluoretação é u processo opcional. Seu epregos e países europeus foi praticaente abolido. Entretanto, nestes países, é altaente disseinada a utilização de crees dentais contendo fluoreto (F - ). E contrapartida, para países e desenvolviento, o eprego da fluoretação continua a ser u iportante instruento na prevenção da cárie dentária para a população de idade infantil (0-7 anos). 1.8. Considerações Finais Para utilização e desinfecções de águas para fins potáveis, a cloração é o processo ais largaente epregado. E seguida, aparece a ozonização e o eprego da radiação ultravioleta, ebora essas alternativas seja ais utilizadas e sistea de enor porte. Ua inegável vantage da cloração é a possibilidade da anutenção de cloro residual que representa ua garantia contra containação posterior. Observação: A produzida pode ser bobeada para estações elevatórias para posterior distribuição por gravidade. Nessas estações, novas clorações pode ser efetuadas, caso necessárias. Para águas de abasteciento público é interessante a anutenção de níveis de cloro residual livre e torno de 0,5 pp Cl.. TRATAMENTO DE ÁGUA PARA ABASTECIMENTO INDUSTRIAL O objetivo do trataento é a produção de água industrial, geralente a partir de água bruta superficial, e as etapas envolvidas são, via de regra, as apresentadas no esquea a seguir. ÁGUA DE RIO OU DE LAGO (gradeada) (PRÉ-CLORAÇÃO) CLARIFICAÇÃO CONVENCIONAL Coagulação Floculação FILTRAÇÃO Decantação CLORAÇÃO (1) TROCA IÔNICA () ÁGUAS TRATADAS OUTROS PRÉ- TRATAMENTOS () (4) 65
(1) água potável, água para circuitos de refrigeração, água de processo (*); () água de reposição de sisteas geradores de vapor (caldeiras), água de processo (*); () água de processo (*); (4) água para serviços (lipeza, incêndio, etc.), água de processo (*). (*) A qualidade de ua deterinada água de processo depende do eso. Alguas vezes, a presença de cloro residual pode ser prejudicial, podendo ser epregada u água industrial convencional (clarificada e filtrada). E outras situações, a água de processo deve ser desineralizada ou, até eso, esterilizada. No Brasil, via de regra, as águas brutas superficiais são brandas e de baixa salinidade. E alguns países, principalente no heisfério norte, há inúeras localidades onde o abrandaento por precipitação é parte integrante da seqüência de etapas destinadas à obtenção de ua água industrial..1. Pré-cloração Sendo o cloro u oxidante ais enérgico que o ar, a pré-cloração é ua etapa que cupre, co aior intensidade, as funções da aeração (oxidação de atéria inorgânica e orgânica), alé de oxidar gases redutores (H S, SO, etc.) eventualente presentes na água bruta. Adicionalente, a cloração prévia exerce ua ação desinfetante, eliinando icrorganisos que poderia containar o sediento de clarificação e/ou causar probleas de foração de depósitos e de corrosão icrobiana nos equipaentos e tubulações que transporta a água industrial produzida. Há duas correntes de pensaento no tocante ao étodo a ser utilizado na pré-cloração: a. Execução de ua PRÉ-CLORAÇÃO DE DEMANDA Neste caso, o cloro adicionado é igual à deanda de cloro (Cl D ). Posteriorente, apenas os sisteas usuários (água potável, água de refrigeração etc.) recebe ua cloração adicional (pós-cloração) para introdução da concentração de cloro residual livre desejável. b. Execução de ua PRÉ-CLORAÇÃO COM CLORO RESIDUAL LIVRE A pré-cloração é conduzida de odo a se alcançar u nível de cloro residual livre geralente entre 1,5 e,0 pp Cl. Neste caso, o eprego de pós-cloração pode ser dispensável. Entretanto, pode ocorrer a necessidade da retirada do excesso de cloro e sisteas usuários onde a presença de cloro livre possa ser prejudicial (água afluente de resinas de troca iônica, alguas águas de processo, etc.), podendo a reoção de cloro ser realizada co filtros de carvão ativado... Clarificação Convencional É procedida de fora siilar à realizada no trataento de água para abasteciento público. É ais frequente, sobretudo nas estações de enor porte (vazões inferiores a 000 /h), o eprego de clarificadores circulares ou de fluxo ascensional e os de tubos ou canaletas inclinadas... Filtração Tabé é realizada de odo seelhante ao utilizado nas estações de trataento de água para abasteciento público, epregando filtros co taxa filtrante de aproxiadaente 5,0 /( /h) ou 10 /( /d). 66
.4. Outros Métodos de Desinfecção e Oxidação Alguns produtos oxidantes pode ser epregados coo substitutos da desinfecção e oxidação co utilização de cloro eleentar (Cl ) ou de hipocloritos (ClO - ). a. Broinação ( Broination ) Consiste na adição de broo ativo a ua água. O equilíbrio Br /HBrO/BrO - é seelhante ao equilíbrio Cl /HClO/ClO -. Entretanto, a concentração áxia do principal agente desinfetante, que é o ácido hipobrooso (HBrO), ocorre e ph igual a 6,5. Observando o gráfico, verifica-se que e ph 8,0, por exeplo, enquanto a concentração de cloro ativo conté apenas % de HClO, a concentração de broo ativo conté cerca de 85% de HBrO. Assi, a broinação é u processo de desinfecção eficiente e valores de ph ais altos, onde a cloração apresenta baixa eficiência. Nos odernos trataentos de água de resfriaento, e trocadores de calor evaporativos (torres de refrigeração, etc.), onde os valores de ph oscila na faixa 7, 8,5, a broinação te sido utilizada coo u eficiente étodo oxidante de desinfecção. A obtenção de broo ativo é feita na área ou no local ( on-site ) onde a aplicação é realizada por eio das seguintes reações: HClO Br - HBrO Cl - (ph ais baixo) ClO - Br - BrO - Cl - (ph ais alto) Sendo o broeto de sódio (NaBr) a espécie de broeto (Br - ) ais epregada. Contudo, o poder icrobiocida relativo do HBrO é, e geral, enor que o do HClO, de acordo co a seguinte escala relativa: b. Ozonização HClO HBrO NH x Br y >> ClO - > BrO - >>> NH x Cl y Consiste na adição de ozônio (O ) a ua água. O ozônio é u poderoso agente oxidante e icrobicida, cujo ecaniso de ação está relacionado, e grande parte dos casos, à liberação de oxigênio atôico, de acordo co a equação: O O O Sendo u gás de produção local ( on site ) e co alto poder oxidante, sua utilização requer rigorosas nora de segurança, pois o O causa danos à saúde e concentrações superiores a 0,1 pp. 67
O ozônio pode ser obtido a partir de oxigênio ou de ar secos por eio de descargas elétricas de alta voltage ou pela ação de radiação ultravioleta, de acordo co a equação: O energia O Os equipaentos elétricos geradores de ozônio e seus acessórios exige elevada deanda de energia, da orde de, no ínio, 4 kw-h/kg O. O ozônio produzido deverá estar sepre diluído co O (até 8% de O ) ou co ar (até % de O ). O processo de produção de O e de sua adição a ua água está representado de fora resuida, segundo o esquea a seguir: Reciclo de O ou ar Água O ou ar SECADOR GERADOR ABSORVEDOR GÁS Exaustão p/ o PROCESSO Observações: O ozônio é utilizado co sucesso no trataento de águas residuárias, diinuindo a DQO e a DBO, de fora ais efetiva que a conseguida co o eprego de ar úido aquecido ou de oxigênio. Possui, ainda, ação oxidante sobre etais pesados (Co, Ni, Pb ) transforando-os e espécies pouco solúveis (Co O x H O, NiO y H O, PbO ), reovíveis por flocosedientação. E ação cobinada co a água (e valores elevados de ph), co o peróxido de hidrogênio (H O ) ou co a radiação ultravioleta, o ozônio é u produtor de radicais livres hidroxila ( OH), de altíssio poder oxidante, epregados e trataentos de oxidação quíica avançados de águas residuárias industriais. c. Trataentos co Peróxido de Hidrogênio (H O ) O peróxido de hidrogênio é ua espécie quíica, cujo poder oxidante e icrobicida está, e grande parte dos casos, relacionado co a liberação de oxigênio atôico, segundo a equação: H O H O O A reação de liberação de oxigênio nascente é ais efetiva e eio básico e te sua velocidade auentada pelo eprego de catalisadores, coo o dióxido de anganês (MnO ). E presença de sais ferrosos (Fe ) ou da fotólise co radiação ultravioleta, o peróxido de hidrogênio ou água oxigenada pode gerar radicais livres hidroxila ( OH), cuja altíssia capacidade de oxidação, já referida no ite anterior, é epregada, sobretudo, nos trataentos via oxidação quíica de águas residuárias industriais. 68
d. Eprego de Radiação Ultravioleta (UV) E processos de desinfecção, o eprego de radiação ultravioleta co copriento de onda igual a 60 nanôetros ou 600 ângstrons te apresentado excelente desepenho no trataento de águas para fins potáveis. Para oxidação quíica de atéria orgânica, a radiação UV é epregada de fora associada co o ozônio (O ) ou co o peróxido de hidrogênio (H O ), nas denoinadas oxidações fotoquíicas, através da geração de radicais livres hidroxila ( OH). Exeplo: radiação UV H O OH e. Considerações Finais Para utilização e desinfecção de águas para abasteciento público e industrial, a cloração é o processo ais largaente epregado. E seguida, aparece a ozonização e, e enor escala, o eprego da radiação ultravioleta, ebora essas alternativas seja ais utilizadas e sisteas de enor porte. Ua inegável vantage da cloração é a possibilidade da anutenção de cloro residual que representa ua garantia contra containação posterior. Nos trataentos de águas de resfriaento, onde a desinfecção objetiva a redução ou eliinação de icrorganisos (bactérias, algas, etc.) causadores de corrosão, obstruções, etc., a cloração, tabé, é o procediento ais utilizado, sepre que possível. Entretanto, nos trataentos odernos, onde frequenteente são epregados valores de ph superiores a 8,0, a broinação te sido ua alternativa interessante. Por outro lado, nos trataentos de águas de resfriaento, é cou o eprego de icrobiocidas não oxidantes (carbaatos, sais quaternários aoniacais, isotiazolinas, etc). Contudo, essa alternativa é inviável nos trataentos para abasteciento público e industrial. 69
EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1. Jar Tests realizados e laboratório co séries de 4 recipientes contendo 1,0 litro de água bruta, e cada recipiente, para avaliar as concentrações ideais de sulfato de aluínio (agente coagulante floculante) e cal (agente alcalinizante) e sere utilizadas na clarificação da água bruta, apresenta os seguintes resultados: JAR TEST 1 BECHER Volue de Solução Alcalinizante Volue de Solução Coagulante Resultado A 0,0 L,0 L razoável B,0 L,0 L bo C 4,0 L,0 L razoável D 6,0 L,0 L rui A,0 L 1,0 L bo B,0 L 1,5 L excelente C,0 L,0 L bo D,0 L,5 L razoável Deterinar: a) as concentrações ideais dos agentes alcalinizante e coagulante-floculante, e pp, a sere epregadas e relação à água bruta; b) o custo ensal co a utilização do sulfato de aluínio, na Estação de Trataento de Água (ETA), considerando os resultados dos JAR TESTS coo valores édios ensais. Dados: concentrações das soluções-estoque utilizadas nos testes: SULFATO DE ALUMÍNIO 10,0 g/l; CAL,5 g/l. regie operacional da ETA: 4 h/dia; 0 dias/ês vazão de água a ser tratada na ETA: 500 /h preço unitário do SULFATO DE ALUMÍNIO: R$ 0,40 /Kg. Deterine a concentração e graas de sulfato de aluínio/litro de solução estoque que deverá ser preparada e laboratório, para que cada ililitro da solução estoque adicionado a 500 L de água bruta, e u JAR TEST, corresponda ao acréscio de 5,0 pp de sulfato de aluínio à referida água bruta.. A Estação de Trataento de Água (ETA) de ua cidade co 80.000 habitantes utilizará, no processo de cloração da água, u produto contendo 60% de cloro ativo. Considerando o consuo de água para fins industriais e coerciais da cidade coo igual a 4, 10 4 /dia, estiar o consuo ensal do produto de cloração, e toneladas, na ETA. Dados: deanda de cloro da água bruta 4,5 pp cloro residual livre desejável, na água tratada, ao deixar a ETA 1,5 pp consuo de água por habitante 00 L/dia 4. 0 g de u produto, contendo 65% de cloro ativo, fora adicionados a 8,0 10 4 litros de água de ua piscina e a concentração de cloro residual livre obtida foi igual a 1,1 pp. Estiar a deanda de cloro (ativo) observada na água dessa piscina, e pp. 70
5. Ua fira prestadora de serviços de lipeza e desinfectação de caixas d água e cisternas, utiliza 750 L de u produto co 5,00% de cloro ativo para u volue de 10000 litros de água contidos nu reservatório. Qual a concentração, e pp, utilizada na adição de choque do produto (concentração adicionada)? 6. Ua piscina de clube, contendo u volue de água de 400, possui u oviento considerável de banhistas, estiando-se u consuo de cloro ativo na razão de 0,0 pp/hora, funcionando 8,0 horas/dia e 6,0 dias/seana. Para se fazer frente a essa deanda, deseja-se clorar a água continuaente, através de u sistea dosador cuja vazão gerada é de 1 litros de solução dosadora por hora. Deterinar: a) a concentração do produto X, contendo 0% de cloro ativo, e graas/litro, na solução dosadora; b) o consuo seanal do produto X, e Kg, necessário ao supriento da dosage contínua. 7. Ua epresa fornecedora de equipaentos para piscina oferece os seguintes odelos de filtros e bobas: Filtro (od.) Área Filtrante ( ) BOMBA (od.) POTÊNCIA (HP) VAZÃO ( /h) F 1 0,1 B 1 1/ 5,50 F 0,167 B 1/ 7,50 F 0,50 B /4 9,50 F - 4 0,00 B - 4 1 11,50 Ua piscina co 60,0 opera co u filtro de alta vazão co taxa filtrante igual a 70 /( d). Considerando o tepo de filtração coo igual a 8,00 h, deterine os odelos de boba e de filtro a sere epregados. 8. A eliinação de cianeto (CN - ) de ua água residuária é realizada através de oxidação a carbonato, através da ação de hipoclorito, e eio alcalino, segundo a seguinte equação: CN Cl OH CO Cl N HO Calcule a assa, e kg, de solução contendo 15,0% (e assa) de cloro ativo, coo Cl, necessário à reoção de 5,00 pp de cianeto (CN - ) contido e 40,0 de água residuária. Massas atôicas (u..a.): C 1,0; N 14,0; Na,0; Cl 5,5. (g) 71
9. Deseja-se clorar continuaente 400 /h de água de resfriaento de ua áquina, durante horas/dia, antendo-se u residual de 1,0 pp Cl de cloro residual livre, nas condições norais de operação. U ensaio realizado revelou que a adição de 5,0 g de u produto X, contendo 60,0% (e assa) de cloro (Cl ) ativo, a 1,00 litro de água bruta (não clorada), produziu, após a conclusão das reações de deanda, ua concentração de cloro (Cl ) residual livre igual a 11,0 pp Cl. Deterine: a) a deanda de cloro da água bruta, e pp Cl, co base no ensaio realizado; b) a vazão da boba dosadora, e L/h, para adição de ua solução S, contendo 5,0 10 4 pp Cl de cloro ativo, de odo a atender as condições operacionais desejadas; c) o consuo ensal da solução S, e, sabendo que o sistea opera 0 dias/ês. 7