Amanda VianaFlávia Adelaide Batista
Izabella Helena Werneck Soares RezendeJanaina Lorena Moreira
Laísy Garcia Ribeiro LimaRafael Botelho Macedo
FENÔMENOS DE SUPERFÍCIE NO TRATAMENTO DE ÁGUA
Belo Horizonte2011
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FENÔMENOS DE SUPERFÍCIE NO TRATAMENTO DE ÁGUA
Belo Horizonte2011
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Trabalho apresentado à disciplina Fenômenos de Superfície, do 6° período do Curso de Engenharia Química do Centro Universitário UNI-BH.
Professora: Christianne Garcia Rodrigues
SUMÁRIO
Introdução....................................................................................página 04
Desenvolvimento.........................................................................página 09
Conclusão.................................................................................... página 14
Referência Bibliográfica..............................................................página 15
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INTRODUÇÃO
Nos dias de hoje poucas pessoas, ao beber um copo de água ou ao abrir uma
torneira, tem pensado de onde ela vem. No entanto, todos os dias milhares de pessoas
estão ao mesmo tempo abrindo uma torneira para beber, cozinhar, tomar banho ou lavar
roupa. Milhares de fábricas gastam enormes quantidades de água; milhões de pessoas
retiram água de poços, de rios e de lagos.
O contato da água com os diferentes tipos de rochas e minerais provoca a
solubilização de muitos deles que se tornam uma "solução aquosa". Este processo de
solubilização acontece devido à abundância e/ou solubilidade dessas rochas, e esse
contato água/rocha é um fenômeno de superfície. O processo de intemperismo químico
das rochas pela água são processos de dissolução,decomposição e hidratação. O ataque
pela água é mais intenso quando há presença de ácidos orgânicos e inorgânicos, e
quando há um aumento de temperatura. Pode-se controlar a dissolução e a precipitação
dos minerais e das rochas pelo pH e pelo potencial redox.
Essa decomposição dos minerais sob a influência do pH e dos íons H+ e OH-
presentes na água denomina-se hidrólise.
A composição química da água mineral mostrada na tabela abaixo é a
conseqüência da reação química da água com a natureza.
Propriedades da água
A água é denominada de "solvente universal" pela sua elevada capacidade de
dissolver um número alto de substâncias. No entanto, as pessoas consomem crendo que
ela seja pura, porém quimicamente sabe-se que, mesmo sem impurezas, a água é a
mistura de 33 substâncias diferentes.
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Quando se refere a água pura sabe-se que ela é límpida e cristalina, não tem
gosto, ferve a temperatura de 100ºC; congela a temperatura de 0ºC; pode reter grande
parte dos materiais com que entra em contato e tem a capacidade de guardar o calor
facilmente.
Alguns aspectos importantes sobre as propriedades da água:
1.É a única substância que, dentro da CNTP pode apresentar-se nos estados sólido,
líquido e gasoso;
2. Apresenta praticamente a mesma massa desde quando se formou;
3. É purificada pela evaporação e também pela penetração no solo, até os lençóis
freáticos;
4. Quando potável ela é cristalina, inodora, incolor e insípida;
5. É considerada solvente universal, propiciando a formação de misturas com outras
substâncias;
6. Pode transportar substâncias e outros corpos;
7. Quando em repouso, apresenta sua superfície plana e horizontal.
8. Apresenta uma tensão superficial, isto é, capacidade de manter juntas as moléculas de
sua superfície;
9. A água salgada apresenta maior densidade do que água doce;
10. Ela tem peso e exerce pressão sobre os corpos;
11. Princípio de Pascal- "Um líquido transmite para todos os lados a pressão exercida
sobre ele”;
12. Nos vasos comunicantes, apresenta sempre o mesmo nível, sendo este o principio do
funcionamento das caixas d’água.
13. Exerce pressão sobre um corpo nela imerso e transmite a pressão que recebe. "Um
corpo mergulhado num fluido recebe um empuxo vertical de baixo para cima igual ao
peso do fluido deslocado". (Princípio de Arquimedes)
14. É fundamental para a manutenção da vida de um organismo, sendo a substância que
existe em maior quantidade nos seres vivos.
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Características da água
As características que a água possui podem ser agrupadas em três categorias:
físicas, químicas e biológicas.
As características físicas estão relacionadas, principalmente, com o aspecto
estético da água. Fazem parte dessas características: a cor, a turbidez, o sabor e o odor.
As impurezas físicas podem ser prejudiciais quanto ao uso da água, como por
exemplo: a cor e a turbidez podem tornar a água imprópria ao consumo, pelo aspecto
estético; a cor pode tornar o líquido indesejável para o uso em indústrias de produção de
bebidas e de alimentos ou de fabricação de louças e papéis, ou ainda, em indústrias
têxteis; águas com sabor e odor acentuados são rejeitadas para consumo doméstico ou
podem causar problemas ao organismo humano, dependendo dos compostos químicos
presentes; a turbidez acentuada em águas de mananciais impede a penetração dos raios
solares e a conseqüente fotossíntese, com problemas ecológicos para o meio aquático.
Entre as características químicas, merecem ser destacadas: a dureza, a
salinidade, a agressividade, a quantidade de ferro e de manganês, a alcalinidade, os
compostos de nitrogênio, os cloretos, os fluoretos, os compostos tóxicos, a matéria
orgânica, o oxigênio dissolvido, detergentes, pesticidas, substâncias radioativas, entre
outras.
Já as características biológicas, podem ser encontradas no meio aquático onde é
habitado por um grande número de formas vivas, vegetais e animais; como os
microorganismos.
Os microorganismos aquáticos desenvolvem suas atividades biológicas de
nutrição, respiração, excreção, etc., provocando modificações de caráter químico e
ecológico no próprio ambiente aquático. Os que possuem origem externa
(microorganismos patogênicos introduzidos na água junto com material fecal)
normalmente não se alimentam ou se reproduzem no meio aquático, tendo caráter
transitório neste ambiente. Entre os organismos que podem ser encontrados na água
destacam-se: algas, microorganismos patogênicos, entre outros.
Principais objetivos do tratamento de água
A água é ingerida pelo homem em maior quantidade que todos os outros
alimentos reunidos e é, também, a sua principal excreção. Um adulto ingere por dia
mais de dois litros de água, cerca de 3% do seu peso corpóreo que, por sua vez, é
constituído por mais de 80% de água. Este contato com a água explica a facilidade com
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que parasitas atingem o homem e nele se desenvolvem, quando outros fatores
coadjuvantes são favoráveis à sua sobrevida, desenvolvimento ou multiplicação.
Por outro lado, o homem está exposto a contaminantes de origem química que,
com certa facilidade, podem ocorrer na água natural. Estima-se que cerca de quatro
bilhões de metros cúbicos de contaminantes, provenientes principalmente de efluentes
industriais, compostos químicos de uso agrícola, efluentes domésticos e outros, atinjam
o solo a cada ano e, conseqüentemente, a água.
Esses, uma vez no ambiente, podem sofrer série de transformações físicas e
químicas, inclusive a combinação com outros compostos químicos podendo intensificar
ou diminuir sua toxicidade a seres humanos e organismos vivos. O controle da
exposição a todos esses fatores de risco exige o uso de água potável, ou seja, água
tratada para remover contaminantes e evitar que ocorram novas contaminações.
O tratamento da água, entretanto, implica a utilização de substâncias químicas
que podem, por sua vez, afetar a saúde daqueles que a utilizam. A água destinada ao
consumo humano deve obedecer a uma série de requisitos para se constituir em água
potável.O sistema de abastecimento de água pode-se dizer, é uma indústria de
potabilização da água,cabendo a ele cumprir às normas e padrões estabelecidos pelas
autoridades sanitárias.
Sabe-se que a importância dos sistemas de abastecimento de água está
relacionada com a melhoria da qualidade de vida e com o aumento da vida média dos
habitantes. Na medida em que aumenta a eficiência dos serviços de abastecimento de
água, diminui a incidência de doenças relacionadas com a água.
O tratamento da água consiste em melhorar suas características organolépticas
(propriedade das substâncias impressionarem os sentidos), físicas, químicas e
bacteriológicas, a fim de que se torne adequada ao consumo. Dentre as águas
disponíveis na natureza, as de superfície são as que mais necessitam de tratamento,
porque se apresentam com qualidades físicas e bacteriológicas impróprias. Somente as
águas de nascente que, com uma simples proteção das cabeceiras, podem ser
consumidas, algumas vezes, sem perigo.
Toda água de superfície, seja ela de rio, lagos natural ou artificial, têm suas
qualidades variando ao longo do tempo, de acordo com a época do ano e o regime de
chuva. Todo método de tratamento para uma água tem sua eficiência limitada, pois cada
método assegura um percentual de redução da poluição existente. O grau da poluição
pode, portanto, tornar insatisfatório um determinado tipo de tratamento.
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O tratamento da água tem por finalidade adequar a água aos padrões de
potabilidade.
Existem vários processos de tratamento e a sua escolha é função da qualidade da
água bruta e da eficiência desejada na redução de agentes físicos, químicos e
microbiológicos.
Por definição, tratamentos primários são todos os processos físico-químicos a
que é submetida uma água, para modificar sua qualidade, tornando-a com características
que atendem as especificações solicitadas para uma determinada aplicação industrial, ou
para consumo potável.
A água pode ser subdividida, quanto ao seu uso, em: água de uso potável e água
de uso industrial. O tratamento da água pode ser feito para cobrir várias finalidades
como HIGIÊNICAS, na remoção de bactérias, protozoários, vírus e outros
microorganismos, de substâncias venenosas ou nocivas, redução do excesso de
impurezas e dos teores elevados de compostos orgânicos; ESTÉTICAS como correções
de cor, odor e sabor; e ECONÔMICAS na redução de corrosividade, dureza, cor,
turbidez, ferro, manganês, odor e sabor.
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DESENVOLVIMENTO
O tratamento de água
O tratamento de água consiste em várias etapas, que dependem das
características iniciais da água a ser tratada, que varia de acordo com o local de onde ela
foi captada, e dos custos gerados pelo tratamento. O tratamento descrito a seguir,
consiste num tratamento mais simples. Outros tipos incluem a remoção de metais
presentes na água através de reações químicas de precipitação. Porém, como foi dito,
dependendo do tipo de água e de sua aplicação, etapas são incluídas no processo a fim
de melhorar a qualidade da água final.
1. Sedimentação de sólidos suspensos (primária):
Todas as partículas insolúveis contidas na água são consideradas sólidos
suspensos. O tempo de sedimentação dessas partículas é bem alto. O barro, por
exemplo, demorar horas para sedimentar; já a argila, anos.
Essas partículas demoram a decantar devido ao seu tamanho, que fica numa
faixa inferior a 10 mícrons, e devido a sua carga superficial negativa. O procedimento
necessário para acabar com esse sistema estável entre as partículas coloidais e a água é
o de eliminar as cargas e aumentar o tamanho das partículas.
Sólidos suspensos Tempo para decantação
Areia grossa Segundos
Areia fina Minutos
Barro Horas
Partícula de argila anos
Para as partículas que podem ser retiradas pelo processo de decantação,
faz-se a utilização dos decantadores de fluxo ascendente, onde a água flui verticalmente
numa velocidade baixa, descarregando em canais efluentes e deixando para trás as
partículas outrora suspensas, que são retiradas do tanque por raspadores inferiores que
movem vagarosamente os sólidos decantados para um poço de lodo. As partículas
coloidais serão retiradas no próximo passo do tratamento.
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2. Coagulação e Floculação
A coagulação é empregada para remoção de impurezas que se encontra em
suspensão fina, ou seja, em estado coloidal. A função principal deste processo é
desestabilizar, agregar e aderir os colóides, transformando-os em coágulos.
Os termos coagulação e floculação são usados em conjunto, para representar ao
todo o processo de aglomeração de partículas.
Para este procedimento são utilizados tanques de fluxo ascendente, chamados de
decantadores-floculadores. Esses tanques combinam os processos de mistura, floculação
e decantação num mesmo equipamento.
Os coagulantes são introduzidos no tanque e se misturam à água, reduzindo as
forças que tendem a manter separadas as partículas em suspensão.
A floculação corresponde à etapa em que são fornecidas condições para facilitar
o contato e a agregação de partículas previamente desestabilizadas pela coagulação
química, agitando-as, por exemplo. Em seguida, á água floculada passa por um segundo
decantador.
3. Filtração
O objetivo da filtração é reter partículas e microrganismos que não foram
removidos no decantador. A filtração o fluido passa através de um meio poroso, onde o
material em suspensão e coloidal fica retido no meio filtrante, caracterizando um
processo de coagem e de absorção, ou seja, adesão das impurezas nos grãos do leito
poroso.
O filtro de areia é o tipo mais usado no tratamento de água para remover flocos
não-decantáveis remanescentes, após a coagulação química e a decantação (secundária).
A água passa de cima para baixo, através do filtro, devido a uma combinação da pressão
da água somada à sucção no fundo.
4. Desinfecção ou Cloração
A água é um importante veículo de transmissão de doenças, principalmente as
do aparelho intestinal, portanto a desinfecção é uma etapa importante do tratamento da
água. É essencial que a água não contenha substâncias tóxicas, vírus, bactérias ou
parasitos. O cloro é o desinfetante mais utilizado no tratamento da água, devido a sua
alta eficiência, poder residual, baixo custo e por ser facilmente encontrado no mercado.
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A cloração é usada no tratamento de água também para a oxidação, sendo feita
imediatamente após a captação da água, sendo denominada de pré-cloração. Como
agente oxidante é usado na remoção de ferro e manganês, e destruição de compostos
causadores de gosto e odor. A pós-cloração, por sua vez, é utilizada com o propósito de
desinfecção.
5. Fluoretação
Para o consumo humano, essa etapa de adição de flúor é de grande importância
pública, pois previne a decomposição do esmalte dos dentes auxiliando na produção
natural de dentes mais resistentes.
O tratamento de água com aplicação de carvão ativado
O interesse na utilização do carvão ativado tem crescido muito, devido a sua
eficiência na retenção de substâncias indesejáveis, como gases tóxicos ou odores ruins.
Pesquisadores têm desenvolvido importantes aplicações para o carvão ativo, como a
recuperação de solventes, extração de benzeno de fabricação de gases e eliminação de
odores.
O carvão ativado é um material rico em carbono com uma porosidade bastante
desenvolvida, fabricado a partir dos mais diversos tipos de materiais orgânicos, por um
processo de pirólise e de ativação.
O carvão ativado possui a capacidade de absorver gases, líquidos ou impurezas
no interior dos seus poros, apresentando portanto um excelente poder de clarificação,
desodorização e purificação de líquidos ou gases. Sendo os usos mais comuns para o
carvão ativado: a adsorção de gases (na forma de filtros) e no tratamento de águas, onde
o carvão se destaca por reter nos seus poros impurezas e elementos poluentes. É
também utilizado em diversos ramos das indústrias química, alimentícia, farmacêutica,
da medicina e em sistemas de filtragem, bem como no tratamento de efluentes e gases
tóxicos resultantes de processos indústriais.
As características do carvão ativado dependem da matéria-prima empregada, as
condições de ativação e a natureza dos agentes ativantes. Assim, cada processo irá gerar
propriedades de adsorção diferentes e usos diversificados. A característica mais
significativa do carvão ativado é o seu alto poder de adsorção.
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Adsorção Química
A adsorção química ocorre quando as moléculas unem-se à superfície do
adsorvente através da formação de ligações químicas, covalentes, e ficam paradas em
sítios que fazem com que ocorra uma maior interação com o substrato.
Uma molécula quimicamente adsorvida pode ser decomposta em virtude de
forças de valência dos átomos da superfície. A existência de fragmentos moleculares
adsorvidos responde, em parte, pelo efeito catalítico das superfícies sólidas.
Adsorção Física
A adsorção física ocorre quando as moléculas do adsorvente interagem pelas
forças de Van der Waals, que são fracas e não há formação de ligações químicas. Neste
caso, a natureza do adsorvente não é alterada, embora possa ser deformada pela
presença dos campos de força da superfície.
Existem três formas físicas básicas de carvão ativado: os pulverizados, os
granulados e os peletizados (pequenos cilindros). A aplicação de cada tipo de carvão
ativado depende da fase do substrato, líquido ou gás. Para o tratamento de água, os tipos
que podem ser utilizados são: carvão ativado pulverizado (CAP) ou o carvão ativado
granulado (CAG). O CAP pode ser aplicado após a captação da água ou na etapa de
floculação, onde por meio da agitação o pó de carvão ativado é mantido em suspensão.
Assim, é mantido um contato eficiente com a água a ser tratada e um maior
aproveitamento do carvão. Em seguida, após a adsorção, o pó é separado do líquido por
centrifugação, filtração e decantação, ou a combinação destes. O CAG poderia ser
aplicado na etapa de filtração junto com a areia. A vantagem do CAG é a possibilidade
de múltiplas regenerações, tornando o processo econômico.
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Fatores que influencia a adsorção:
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CONCLUSÃO
O processo de tratamento da água é de extrema importância para o consumo
saudável desde líquido que é vital; existem vários processos para este tratamento a sua
escolha depende da fonte da água e para qual finalidade será utilizada. Uma vez
potabilizada, a água pode aumentar o tempo e a qualidade de vida de uma população,
pois evita doenças e proporciona uma melhora sanitária do ambiente. Além disso,
durante o processo de tratamento da água observam-se vários fenômenos de superfícies
como a adsorção química e física, e operações unitárias como floculação, filtração,
sedimentação que auxiliam no processo de limpeza da água.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Disponível em http://www.tratamentodeagua.com.br/r10/Perfil.aspx?codigo=24;
acessado em 23/06/2011.
MUCCIACITO, João Carlos. Conceitos e Aplicações do Carvão Ativado.
Revista Meio Filtrante, São Paulo, n.22, Set./Out.2006. Disponível em
http://www.meiofiltrante.com.br/anteriores.asp. Acesso em 23/06/2011.
MORGADO, Ayres Ferreira. Apostila de águas naturais da UFSC. Santa
Catarina. Junho de 1999. Disponível em
http://lema.enq.ufsc.br/Arquivos/AGUAS%20NATURAIS.htm. Acesso em
23/06/2011.
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