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Química das Águas (Parte 3a)

Purificação das águas: tratamento de água para

abastecimento

Estagiário: Felipe Dias dos Reis

Universidade Federal de Juiz de ForaInstituto de Ciências Exatas – Departamento de Química

Química Ambiental (2017/2)

Em aulas anteriores

A água é um recurso natural de valor agregado

Fontes (distribuição):

Formas mais acessíveis: Minas naturais; Poços; Lagos; Rios.

Figura: http://educador.brasilescola.uol.com.br/estrategias-ensino/a-distribuicao-agua-no-planeta.htm#,acessado em 27/08/17

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Consumo de água

De forma direta ou indireta, a água é utilizada emdiversas atividades humanas

Produção das garrafas: consome de 6 a 7 vezes o volume de água contida nela

http://blog.waycarbon.com/2014/01/o-consumo-de-agua-na-producao-de-agua/, acesso em 27/08/17

http://agenciabrasil.ebc.com.br/geral/noticia/2017-03/producao-de-alimentos-e-ate-de-celular-pode-reduzir-reservas-de-agua-alerta,acesso em 28/07/17

Produção de 1 maçã: consome cerca de 125 L de água

Produção de 1 kg de carne bovina: consome cerca de 15.000 L de água

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Consumo de água

Laboratórios também representam um elevado consumo

http://www.ct.ufrgs.br/leamet/gestao/FIEMA2012_Destiladores.pdf, acesso em 27/08/17

Para produção de 1 L de água destilada, cerca de 25 L de água de abastecimento são desperdiçados

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Consumo versus disponibilidade

CONSUMO DISPONIBILIDADE

Onde vamos parar?

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Contaminações

Água doce acessívelestá susceptível acontaminações!!!

http://educador.brasilescola.uol.com.br/estrategias-ensino/a-distribuicao-agua-no-planeta.htm#,acessado em 27/08/17

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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

7http://www.pensamentoverde.com.br/meio-ambiente/o-que-sao-aguas-superficiais/

Fontes de água potável

ÁGUAS SUBTERRÂNEAS

Aquelas que ocorrem abaixo da superfície daTerra, preenchendo os poros intergranulares derochas sedimentares ou fraturas, falhas efissuras de rochas compactas

8http://www.abas.org/educacao.php

Acesso mais difícil Um pouco mais protegidas contra contaminações Grande dificuldade no tratamento

Contaminações

Esgoto doméstico

Resíduos industriais

9http://portalregiaooeste.com.br/esgoto-nao-canalizado-em-osasco-encheria-7-piscinas-olimpicas-por-dia/http://g1.globo.com/sp/piracicaba-regiao/noticia/2014/06/pcj-propoe-uso-intercalado-de-agua-na-industria-agricultura-e-area-urbana.html

Contaminações

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Em aulas anteriores

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Água para abastecimento:

Oxigênio dissolvido Coliformes fecais pH Demanda bioquímica de oxigênio Nitratos Fosfatos Variação na temperatura Turbidez Resíduos totais

Índice de Qualidade das Águas(IQA)

Saneamento básico no Brasil

12http://www.tratabrasil.org.br/saneamento-no-brasil

83% são atendidos com abastecimento de água tratada

Mais de 35 milhões de brasileiros não sãoabastecidos com água tratada!

Saneamento básico no Brasil

13http://www.tratabrasil.org.br/saneamento-no-brasil

50% tem acesso à coleta de esgoto

Mais de 100 milhões de brasileiros não têmacesso a esse serviço!

Somente 43% dos esgotos coletados são tratados

Sistema de abastecimento de água

14http://www.copasa.com.br/wps/portal/internet/agua-de-qualidade/tratamento-da-agua

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, durantemuitos anos, com quantidade suficiente de água tratada

Sistema de abastecimento de água

15http://www.copasa.com.br/wps/portal/internet/agua-de-qualidade/tratamento-da-agua

Sistema convencional:

Captação Adução Estação de tratamento Reservação Redes de distribuição Ligações Domiciliares

Captação

16http://www.copasa.com.br/wps/portal/internet/agua-de-qualidade/tratamento-da-agua

Seleção da fonte abastecedora: encontrar ummanancial com vazão capaz de proporcionarperfeito abastecimento à comunidade

Localização da fonte Topografia da região Possíveis focos de contaminação

Importante:

Eliminação de elementosmacroscópicos, como folhas,galhos e outros detritos

Adução

17http://www.copasa.com.br/wps/portal/internet/agua-de-qualidade/tratamento-da-agua

Processo de condução da água até os locaisadequados

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

Estação de Tratamento de Água (ETA)

18http://www.copasa.com.br/wps/portal/internet/agua-de-qualidade/tratamento-da-agua

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 dafonte da água e da qualidade a ser alcançada

Etapas do Tratamento

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Aeração

http://www.manutencaoesuprimentos.com.br/conteudo/4705-o-que-e-um-tanque-de-aeracao/

Remoção de gases dissolvidos como H2S eorganossulfurados

Remoção de compostos orgânicos voláteis

PRÉ-TRATAMENTO

Etapas do Tratamento

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Pré-alcalinização

Adição de CaO (cal) ou NaOH (soda cáustica) paraajustar o pH para as próximas etapas

PRÉ-TRATAMENTO

Etapas do Tratamento

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Coagulação

Etapa onde partículas pequenas, que não sedecantam, são aglutinadas

É adicionado algum agente coagulante, como sulfatode alumínio, sais de ferro (III) e polímeros orgânicos

PRÉ-TRATAMENTO

Etapas do Tratamento

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Coagulação

Essas partículas que não se decantam podem serpoeira e também partículas coloidais (tamanhos de 1a 100 nm)

Esses tipos de partículas não podem sersedimentadas nem filtradas por métodosconvencionais

PRÉ-TRATAMENTO

Etapas do Tratamento

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Coagulação

O agente coagulante é adicionado e, em seguida, épromovida uma agitação violenta

As partículas de sujeira são desestabilizadas e suaagregação é facilitada

𝐴𝑙2 𝑆𝑂4 3 (𝑎𝑎) + 6𝐻2𝑂(𝑙)՜2𝐴𝑙 𝑂𝐻 3 (𝑠) + 6𝐻(𝑎𝑞)+ + 3𝑆𝑂4 (𝑎𝑞)

2−

O sólido gelatinoso encapsula as partículas suspensasna água

Etapas do Tratamento

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Floculação

Depois da coagulação, a água é levada para tanquesmenores, com pouca agitação

As partículas desestabilizadas anteriormente colidemumas com as outras e se agregam mais, formandoflocos

Esse processo é mais lento que a coagulação

Etapas do Tratamento

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Decantação

Processo onde a água é mantida em repousa paraque os flocos se depositem

Esse processo dura cerca de 3h

http://estacaodetratamentodeagua.blogspot.com.br/p/fotos.html

Etapas do Tratamento

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Decantação

O material residual formado é o lodo

Formado por matéria orgânica, hidróxido de alumínioe outras impurezas

Esses resíduos precisam ser tratados posteriormente

Etapas do Tratamento

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Filtração

As águas da superfície dos decantares são recolhidase encaminhadas para uma série de filtros

Na etapa de filtração, as impurezas não eliminadaspelos decantadores são retidas

Etapas do Tratamento

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Filtração

Nesta etapa todas as partículas sólidas são retiradas

Inclusive substâncias solúveis podem ser retiradasatravés de adsorção em carvão

Etapas do Tratamento

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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 oucálcio ou cloro gasoso

Etapas do Tratamento

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Cloração

𝐶𝑙2(𝑔) + 2 𝐻2𝑂(𝑙)՜𝑯𝑶𝑪𝒍(𝒂𝒒) +𝐻3𝑂(𝑎𝑞)+ + 𝐶𝑙(𝑎𝑞)

−

𝑯𝑶𝑪𝒍(𝒂𝒒) +𝐻2𝑂(𝑙) ⇌ 𝐻3𝑂(𝑎𝑞)+ + 𝑂𝐶𝑙(𝑎𝑞)

−

A partir de Cl2:

HOCl é a substância ativa!

Etapas do Tratamento

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Cloração

𝑁𝑎𝑂𝐶𝑙(𝑠) + 𝐻2𝑂(𝑙) ⇌ 𝑯𝑶𝑪𝒍(𝒂𝒒) + 𝑁𝑎(𝑎𝑞)+ + 𝑂𝐻(𝑎𝑞)

−

𝐶𝑎(𝑂𝐶𝑙)2(𝑠) + 2 𝐻2𝑂(𝑙) ⇌ 𝟐𝑯𝑶𝑪𝒍(𝒂𝒒) + 𝐶𝑎(𝑎𝑞)2+ + 2 𝑂𝐻(𝑎𝑞)

−

A partir de NaOCl e Ca(OCl)2:

HOCl é a substância ativa!

Etapas do Tratamento

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Cloração

Função do HOCl: destruição de microorganismos

O HOCl passa facilmente através das membranas celulares dos microorganismos

http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/biologia/a-descoberta-celula.htm

Etapas do Tratamento

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O HOCl também é um agende oxidante e umagente de cloração

Perigo em contato com compostos orgânicos: formação de trialometanos (THMs)

Um dos mais preocupantes é clorofórmio (CHCl3), que écarcinógeno e pode atingir o sistema nervoso central ecardiovascular

Cloração

Pré-cloração não é mais empregada!

Etapas do Tratamento

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Cloração

Além da simplicidade operacional, a cloração aindapermite garantir a continuidade da desinfecção

O excesso adequado de ácido hipocloroso garante adesinfecção nas próximas etapas da rede dedistribuição

O método é confiável e de baixo custo

Etapas do Tratamento

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Desinfecção

A fluoretação também pode ser utilizada como etapaadicional, com o objetivo de diminuir a ocorrência decárie na população

O flúor é adicionado através de fluoreto de cálcio,fluoreto de sódio, ácido fluorsilícico e fluorsilicato desódio

Etapas do Tratamento

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Etapas finais

Análises físico-químicas e microbiológicas para atestara qualidade da água