saneamento básico coagulaÇÃo introdução. colóides. considerações sobre coagulação....

Saneamento Básico

COAGULAÇÃO

Introdução. Colóides. Considerações sobre coagulação. Coagulantes. Mecanismos de coagulação.

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Coagulação:

Processo unitário responsável pela desestabilização

das partículas coloidais em um sistema aquoso,

preparando-as para a sua remoção nas etapas

subseqüentes do processo de tratamento.

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4.1 Coagulação:

“Partículas coloidais, substâncias húmicas e microrganismos em geral,

responsáveis pela turbidez e cor, apresentam-se com carga

negativa na água, impedindo a aproximação das mesmas. Por isso,

faz-se necessário alterar a força iônica do meio e, em tratamento de

água isto é feito, principalmente, pela adição de sais de alumínio ou

de ferro ou de polímeros sintéticos, caracterizando o fenômeno da

coagulação”. (Di Bernardo e Dantas, 2005)

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Coagulação:

1 m10-3 m

Partículas dissolvidas

Partículas em suspensão

Partículas coloidais

0,45 m

TurbidezCor aparenteSST

Cor realSDTCompostos dissolvidos

1 m10-3 m

Partículas dissolvidas

Partículas em suspensão

Partículas coloidais

0,45 m

TurbidezCor aparenteSST

Cor realSDTCompostos dissolvidos

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Coagulação:

1 m10-3 m

Partículas dissolvidas

Partículas em suspensão

Partículas coloidais

Processos de membrana•Osmose reversa•Nanofiltração

Tratamento convencional e variantes•Filtração direta•Filtração em linha•Filtração lenta

1 m10-3 m

Partículas dissolvidas

Partículas em suspensão

Partículas coloidais

Processos de membrana•Osmose reversa•Nanofiltração

Tratamento convencional e variantes•Filtração direta•Filtração em linha•Filtração lenta

1 m10-3 m

Partículas dissolvidas

Partículas em suspensão

Partículas coloidais

Processos de membrana•Osmose reversa•Nanofiltração

Tratamento convencional e variantes•Filtração direta•Filtração em linha•Filtração lenta

1 m10-3 m

Partículas dissolvidas

Partículas em suspensão

Partículas coloidais

Processos de membrana•Osmose reversa•Nanofiltração

Tratamento convencional e variantes•Filtração direta•Filtração em linha•Filtração lenta

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Coagulação:

As partículas coloidais, em função do tamanho reduzido não sedimentam a não ser dentro de

intervalos de tempo muito elevados, e são muito pequenas para serem retidas pela ação física dos filtros.

A maioria dos colóides permanece estável pois estes apresentam carga negativa, que provoca a repulsão

recíproca.

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Mistura-coagulação-floculação

Coagulação:

Velocidade de sedimentação de partículas com diferentes tamanhos

10-8 m/s (8,6 m/ano)Colóide grande, bactérias

0,001

10-4 m/s (8,6 m/d)Silte0,01

10-2 m/s (0,6 m/min)Areia finaO,1

0,23 m/sAreia grossa1

0,73 m/sSeixo10

Velocidade de sedimentação

TipoDiâmetro (mm)

10-8 m/s (8,6 m/ano)Colóide grande, bactérias

0,001

10-4 m/s (8,6 m/d)Silte0,01

10-2 m/s (0,6 m/min)Areia finaO,1

0,23 m/sAreia grossa1

0,73 m/sSeixo10

Velocidade de sedimentação

TipoDiâmetro (mm)

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Coagulação:

Características dos sistemas coloidais

Movimento Browniano:

Movimento aleatório contínuo denominado.

Efeito Tyndall:

Propriedade de dispersar a luz. A quantificação desta propriedade de um sistema coloidal é denominada nefelometria;

Comportamento Elétrico:

Existência de cargas negativas e positivas na superfície do colóide (Eletroforese).

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Coagulação:

Durante a coagulação, íons positivos são

adicionados à água para reduzir a sua carga

superficial a tal ponto que os colóides não tenham

capacidade de se repelirem.

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Coagulação:

A coagulação consiste em processos físicos e químicos

envolvendo:

Superfície das partículas;

Reagentes: Coagulantes, alcalinizantes e

auxiliares de coagulação;

Substâncias químicas presentes na água

especialmente as que conferem alcalinidade.

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Coagulação:

Coagulantes: compostos, geralmente de ferro ou alumínio. Capazes de produzir hidróxidos gelatinosos insolúveis e arrastar as impurezas.

Alcalinizantes: capazes de conferir a alcalinidade necessária à coagulação (cal viva , óxido de cálcio, hidróxido de cálcio, hidróxido de sódio, soda caustica; carbonato de sódio e barrilha).

Auxiliares de coagulação: capazes de formar partículas mais densas e tornar os flocos mais densos e compactos (argila, sílica ativa, polieletrólitos, etc.)

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Coagulação:

Principais coagulantes

Cloreto de polialumínio (1 a 4 mg/L)

Polímeros orgânicos catiônicos –Tanato/Tanfloc

Coagulantes Dosagens (mg/L) pH

Sulfato de alumínio 5 a 100 5,0 a 8,0

Sulfato férrico 8 a 80 8,5 a 11,0

Cloreto férrico 5 a 70 5,0 a 11,0

Auxiliares

Sílica

Polieletrólitos

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Coagulação:

Sílica

No caso de águas com baixa quantidade de material propício à formação de flocos, a sílica age como formadora de núcleos, que irão agregar as partículas e impurezas, facilitando a adsorção pelos compostos coagulantes.

Polieletrólitos

São polímeros de longa cadeia molecular, que quando lançados na água, apresentam um número muito grande de cargas, distribuídas ao longo desta cadeia. Podem ser catiônicos, aniônicos e não iônicos. Facilitam a desestabilização das partículas e possuem grande poder de floculação.

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Coagulação:

Características de um bom coagulante:

ser cátion trivalente; não apresentar toxicidade (saúde); ser insolúvel em pH próximo a 7,0 (produzindo

precipitado); Formem flocos com superfície grande, permitindo a

adsorção das matérias dissolvidas, coloidais e em suspensão;

Produza, em solução íons metálicos, que possibilitem a desestabilização das partículas.;

Tenha baixo custo e disponibilidades acessíveis.

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Coagulação:

Sulfato de alumínio é o coagulante mais utilizado entre os coagulantes. É um sólido cristalino de cor branca-acinzentada, contendo aproximadamente 17% de Al2O3 solúvel em água. É disponível em pedra, em pó ou em soluções concentradas.

Apresenta-se de três formas:

Branco: isento de ferro;

Amarelo: produzido pela reação do ácido sulfúrico com a bauxita pulverizada;

Negro: mistura do branco ou amarelo com carvão ativado (2 a 5%) para remoção de gosto e odor.

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Coagulação:Em água pura com pH baixo predominam as formas:

342)(SOAl 2

4

3 .3.2 SOAl

3FeCl ClFe .33

342)(SOFe 2

4

3 .3.2 SOFe

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Coagulação:

OHAl2

3 HAlOH 2

OHAlOH2

2 HAlOH2

OHAlOH22

HOHAlSólido3

OHOHAlSólido 23 HAlOH

4

342)(SOAl 2

4

3 .3.2 SOAl

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Coagulação:

Sulfato de alumínio (continuação)

Al2(SO4)3 + 6 H2O 2 Al+3 + 6H+ + 6 OH- + 3 SO4

– 2

Imediatamente após, o íon Al+3 é hidratado podendo formar outras espécies

hidrolisadas (produtos de hidrólise) tais como:

Al13 (OH)34+5;

Al7 (OH)17+4; espécies hidrolisadas

Al8 (OH)20 +4; curto tempo (inferior a 1 segundo)

Al6 (OH)15+3;

Al (OH)3 : hidróxido de alumínio, que é neutro, e se apresenta

sob a forma de um pequeno floco gelatinoso precipitável

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Coagulação:

Sulfato de alumínio

Na água natural o Al2(SO4)3 reage com a alcalinidade natural da formando o Al(OH)3 segundo a reação:

(água pura e pH baixo)342

)(SOAl 2

4

3 .3.2 SOAl

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Coagulação:

Sulfato de alumínio

Quando a alcalinidade é reduzida adiciona-se (Ca(OH)2)ou Na2CO3

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Coagulação:

Sulfato de alumínio (continuação)

Diagramas de equilibrio de solubilidade em águados hidróxidos de alumínio

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Mecanismos de Coagulação:

Considera-se a coagulação como resultado da ação de quatro

mecanismos distintos:

Compressão da camada difusa;

Adsorção e neutralização;

Varredura;

Adsorção e formação de pontes.

Adsorção e varredura (a)

Adsorção (b)

Varredura (c)

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Mistura-coagulação-floculação.

Coagulação:

300,0

30,0

3,0

0,3

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Coagulação:

O mecanismo de adsorção e neutralização das

cargas é muito importante quando o

tratamento é realizado por meio de uma das

tecnologias de filtração direta, pois não existe

necessidade de produção de flocos para

posterior sedimentação, mas de partículas

desestabilizadas que serão removidas no meio

filtrante (Di Bernardo e Dantas, 2005).

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Coagulação:

O mecanismo da varredura é muito utilizado

em estações de tratamento que utilizam a

floculação e sedimentação/flotação

antecedendo a filtração. Os flocos resultantes

são maiores e apresentam velocidades de

sedimentação relativamente altas quando

comparadas com os flocos formados no

mecanismo de adsorção-neutralização de

cargas. (Di Bernardo e Dantas, 2005)

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Ensaios de Tratabilidade:

Realizados em ensaios de “Jar Test” :

Caracterização da água bruta; Preparação das soluções; Ensaios.

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Ensaios de Tratabilidade:

Ensaios de Tratabilidade:

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Fatores que influenciam a coagulação:

pH, alcalinidade; Coagulante: tipo, concentração. Sais presentes; Turbidez; Temperatura Mistura.

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Ensaios de Tratabilidade:

“Ensaios de Tratabilidade de Água e dos Resíduos Gerados em Estações de Tratamento de Água” – Item 5.1 (depois aplicar em Laboratório)

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Estudar: Hidráulica Aplicada as Estações de Tratamento de Água

Marcos Rocha Viana

Capítulos

Cap. 5 - Química para tratamento de água: Fundamentos