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Química das Águas - parte 3

Prof. Rafael SousaDepartamento de Química – UFJF

2º período de 2014

QUÍMICA AMBIENTAL

Purificação de águas -Tratamento de água para abastecimento- Tratamento de esgoto

INTRODUÇÃO

A ÁGUA usada para ABASTECIMENTO

� A água para essa finalidade sempre deve ser tratada ?

� FONTES potáveis:Processo de desinfecção

� FONTES não potáveis:Estação de Tratamento de Água (ETA)

FONTES de água para abastecimento

� Águas superficiais (geralmente menos “puras”)Expostas continuamente a vários tipos de poluentes

� Águas subterrâneas

FIGURA: http://www.grupoescolar.com/a/b/FA37F.jpg, acessada 10-06-132

ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DA ÁGUA (ETA)

PROCESSO REALIZADO EM ETAPAS

1º- Coagulação/floculação2º- Decantação

3º- Filtração4º- Desinfecção

Estas operações têm como principais objetivos:

- A remoção de material particulado, bactérias e algas

- Remoção da matéria orgânica dissolvida que confere cor à água

-.Remoção ou destruição de organismos patogênicos tais comobactérias e vírus

Estas operações podem sofrer variações dependendo da fonte de água e dos padrões de qualidade a serem alcançados 3

A ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DA ÁGUA

Esquema simplificado de uma ETA *(Linha líquida)

A ETA também tem uma estação de tratamento de sólid os (Linha sólida )

São os resíduos gerados na Linha líquida

(*) http://www.aguasdesantoandre.pt/layout.asp?area=9&subarea=25, acessado dia 05-06-134

AS ETAPAS DO TRATAMENTO DA ÁGUA1a- Captação

A água que chega à Estação de Tratamento de Água é captada diretamente nosrios (águas superficiais) ou no subsolo (águas subterrâneas)

� LINHA LÍQUIDA

2a- Gradagem

São retirados da água os resíduos de maior dimensão como folhas, ramos,embalagens, etc., que ficam retidos em grades por onde a água é forçada a passar

� PROCESSOS DE CLARIFICAÇÃO

3a- Floculação/ coagulação

São formados “flocos” com as susbtâncias dispersas e um reagente floculante:os contaminantes co-precipitam com o Al(OH)3, p. ex., na etapa de Decantação

� melhora os índices de cor e sabor (partículas < 10-4 mm) e, turbidez(partículas > 10-4 mm)

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AS ETAPAS DO TRATAMENTO DA ÁGUAFloculação/ coagulação

São formados “flocos” com as susbtâncias dispersas e um reagente floculante:os contaminantes co-precipitam com o Al(OH)3, p. exx., na etapa de Decantação

� melhora os índices de turbidez (partículas > 10-4 mm), cor e sabor (partículasmenores que 10-4 mm)

- Uso de agentes “floculantes”: Al2(SO4)3 , sais de ferro e polímerosorgânicos

Necessidade de remoção de Mg2+: Al2 (SO4)3 + NaAlO2

Ex de reação em água levemente alcalina:

Al2(SO4)3 14,3 H2O + 3Ca(HCO3)2 � 2 Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2 + 14,3H2O

� ANÁLISES PRÉVIAS são importantes para ajustar o pH , quando necessário

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Água superficial sendo tratada em uma ETA, após a adição de um agente floculante

AS ETAPAS DO TRATAMENTO DA ÁGUA

Esta etapa é realizada em câmaras (floculadores) onde a água é levementeagitada, facilitando a aglutinação de impurezas

� Parte da purificação da água ocorre por meio de um processo de “transferência de fase”

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4a- Decantação

É um processo de separação física das partículas em suspensão,clarificando a água e reduzindo em grande porcentagem as impurezas

� As partículas decantadas, mais “pesadas” que a água, ficamdepositadas no fundo do decantador

� Processo que dura, em média, 3 h

5a- Filtração

A água passa por filtros de areia e/ou carvão ativado, nos quais ficamretidas as partículas pequenas (não decantadas) e uma infinidade desubstâncias solúveis (adsorção no carvão) � melhora mais acentuada nascaracterísticas como odor e sabor

� PROCESSOS DE DESINFECÇÃO 8


6a- Desinfeção

Geralmente cloração ou ozonização ou radiação UV)

É a eliminação de microorganismos não retidos nas etapas anteriores

� Adição de “cloro” (gás ou solução de hipoclorito)

� Fluoretação: adição de “flúor”(fluorsilicato de sódio ou ácido fluorsilícico)

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H2SiF6

CONSIDERAÇÕES SOBRE O TRATAMENTO DA ÁGUA (DESINFECÇÃO)

• A desinfecção ocorre para assegurar que a água esteja livre demicroorganismos patogênicos

• Os processos utilizados tem vantagens e desvantagens !

A cloração é o método de desinfecção mais comumente utilizadona maioria dos países

É um método confiável, de relativo baixo custo, simplicidadeoperacional e cujo excesso, no tratamento, favorece a biossegurança noarmazenamento e transporte da água tratada

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Reações químicas:

O gás cloro reage quase completamente com a água formando oácido hipocloroso:

Cl2 + H2O HOCl + H+ + Cl-

Em meios mais alcalinos, o ácido hipocloroso se dissocia, gerandoos íons H+ e OCl-:

HOCl H+ + OCl-

ESPÉCIES BACTERICIDAS DE “CLORO LIVRE”MAS o Cl2 reage também com outras espécies

presentes na água, antes de se converter em HOCl ou OCl-

CONSIDERAÇÕES SOBRE O TRATAMENTO DA ÁGUA: DESINFECÇÃO COM CLORO

“Problema”: o cloro reage com substâncias orgânicas presentesna água produzindo trialometanos (THM): CHX3 (X = cloro, bromo ouuma combinação de ambos) 11

... Problemas da desinfecção com cloro !

• O composto de maior preocupação é o CHCl3: clorofórmio

Produto da reação do HOCl com matéria orgânica

• Os THM não são removidos da água através do tratamentoconvencional !!

� Deve-se assegurar que a matéria orgânica esteja ausenteda água que vai ser submetida à cloração !

O risco de contrair doenças causadas por esses compostos é menor do que o de contrair doenças por organismos patogênicos !

CONSIDERAÇÕES SOBRE O TRATAMENTO DA ÁGUA: DESINFECÇÃO COM CLORO

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Se a água contém fenol ou um derivado, o cloro substitui facilmente osátomos de hidrogênio do anel para dar lugar a fenóis clorados que alémdo gosto e odor “ofensivos”, são tóxicos

Troca-se o cloro por dióxido de cloro quando o suprimentode água bruta está contaminado temporariamente com fenóis, sendoisto usando especialmente nos EUA e Europa

ENTRETANTO, o uso do ClO2.

não é uma cloraçãopropriamente

Reação de obtenção

Obtenção a partir de clorito: ClO2- ClO2

. + e- (realizada in situ)oxidação

� Outro problema da desinfecção com cloro

CONSIDERAÇÕES SOBRE O TRATAMENTO DA ÁGUA: DESINFECÇÃO COM CLORO E DIÓXIDO DE CLORO

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Vantagens na utilização de dióxido de cloro

O dióxido de cloro não é um agente de cloração: geralmente nãointroduz átomos de cloro nas substâncias com as quais reage

Oxida a matéria orgânica formando quantidades muito menoresde subprodutos orgânicos tóxicos que quando é usado cloro molecular

CONSIDERAÇÕES SOBRE O TRATAMENTO DA ÁGUA: DESINFECÇÃO COM CLORO E DIÓXIDO DE CLORO

Desvantagens na utilização de dióxido de cloro

• Assim como o ozônio, não pode ser estocado (explosivo) sendo geradoin situ

• “Pequenas” frações de dióxido de cloro são convertidas em íons ClO2-

e ClO3- cuja presença RESIDUAL na água final pode causar problemas

de saúde

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� IMPORTÂNCIA DAS ANÁLISES DE CONTROLE

ETAPA FINAL: análises físico-químicas e microbiológicas paraatestar a qualidade da água (Portaria número 2914 do Ministério da Saúde, de12 de dezembro de 2011)

ARMAZENAGEM

DISTRIBUIÇÃO PARA AS RESIDÊNCIAS(podem ocorrer contaminações)

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� No tanque de decantação ficam resíduos:tratamento da Linha SÓLIDA

Desidratação de Lamas“Sobram” resíduos provenientes dos processos de clarificação: lamas

� São encaminhadas para a desidratação (estabilização química eestabilização microbiológica) devido à grande quantidade de água

- A desidratação (secagem) pode ser feita de várias formas:evaporação em leitos, uso de filtros (tipo prensa), etc

- A lama tratada é transportada para um destino final adequado, sendo possívelo seu aproveitamento como adubo orgânico:

Composição, em % média, de lamas de ETAs após tratam ento


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� Águas naturais podem estar POLUÍDASTratamentos químicos são necessários para assegurar a saúde dos

consumidores

- Desinfecção microbiológica(águas com parâmetros de potabilidade adequados)

- Tratamento em estação de tratamento de água(descontaminação física � química � microbiológica)

� Águas residuais também precisam de tratamento

- “Convencionais”:Tratamento de esgoto

- Específicos (Processos Oxidativos Avançados – POAs):Efluentes químicos

Recapitulando ...

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TRATAMENTO DE EFLUENTES DOMÉSTICOS(Tratamento de esgoto)

A necessidade (ou importância) do tratamento ?

� O esgoto, sem tratamento, provoca dois efeitos negativos na águaem que é lançado :

1) Diminuição do O2 dissolvido

2) Aumento na emissão de gases do efeito estufa (CH4 e CO2)

� Possibilidades para tratamento � decomposição da matériaorgânica antes do seu lançamento em corpos de água

1) Tratamentos aeróbios

2) Tratamentos anaeróbios

3) Tratamento “misto” (processo aeróbio combinado a um anaeróbio)

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TRATAMENTO DE EFLUENTES DOMÉSTICOS

O esgoto doméstico não tem apenas matéria orgânica

� Contém 99,9% de água e 0,1% de sólidos:

- sólidos suspensos- sólidos dissolvidos- matéria orgânica não dissolvida- nutrientes minerais - N e P (principalmente)- organismos patogênicos - vírus, bactérias, protozoários e

helmintos

� O esgoto deve ser tratado em local apropriado (Estações deTratamento de Efluentes – ETEs)

A água resultante pode ser:- Reutilizada (processos industriais)- Lançada nos rios

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TRATAMENTO DE EFLUENTES DOMÉSTICOSO tratamento convencional envolve 3 etapas principais

� Tratamento preliminar

- Remoção de sólidos grosseiros e areiaUtilização de grades e “caixas” de sedimentação (Caixa de areia)

� Tratamento primário

- Remoção de sólidos sedimentáveis, substâncias flutuantes e parte da matéria orgânica EM SUSPENSÃO

Utilização de decantadores (tanques) no qual o sólido sedimentado é chamado de LODO PRIMÁRIO BRUTO

� Tratamento secundário

- Remoção da MATÉRIA ORGÂNICA dissolvida e daquela ainda em suspensão

Utilização de processos que empregam microorganismos20


Descrição do tratamento convencional

� Tratamento preliminar – primário - secundário – Tratamento do lodo

ESGOTO

LatasPapelãoTecidos

...

Sedimentaçãoda

“areia”

TRATAMENTOPRIMÁRIO

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� Tratamento preliminar – primário – secundário - Tratamento do lodo

TRATAMENTOPRELIMINAR

DecantadorSólidos sedimentáveis

Matéria orgânica (suspensão)

TRATAMENTOSECUNDÁRIO

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“Remoção”:- Matéria orgânica dissolvida- Matéria orgânica ainda em suspensão

Diferentes processos:- Decomposição aeróbia e/ou anaeróbia- Diferentes configurações da estação (volume e custo)

TRATAMENTOPRIMÁRIO

Degradação biológicaLANÇAMENTO

EM RIOS

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Sistemas aeróbios usados para o Tratamento secundário

� Lagoas de estabilização� Sistemas de lodo ativado

Lagoas de estabilização – exemplos:

- Lagoas facultativas: decomposição natural, em contato com oar e a luminosidade ambientes

mais simples, adequadas: pequenas comunidades

- Lagoas anaeróbias – lagoas facultativassistema de duas lagoas, eficiência (e custo) superior

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� Lagoas de estabilização – exemplos:

- Lagoas facultativas- Lagoas anaeróbias – lagoas facultativas

VARIAÇÕES...

� Lagoa aeradada facultativa:(processo aeróbio) catalisado pela aeraçãobastante eficiente, custos consideráveis

� Lagoa aerada de mistura completa – lagoa de decantação:sistema que envolve processos de aeração e agitaçãoeficiente, rápido mas exige uma lagoa de decantação

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Ilustração da Lagoa aerada facultativa

ESGOTO

As Lagoas de estabilização envolvem principalmente processos aeróbios

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� Sistemas de Lodo ativado - Composição básica:

1) Reator (tanque de aeração )� Processo de degradação (aeróbio)

2) DecantadorLodo residual (composição básica: microorganismos)

3) Sistema de recirculação de lodoParte do lodo residual “alimenta” o reator ou tanque paraaumentar a concentração de microorganismos

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Ilustração de um sistema convencional de Lodo ativado

ESGOTO

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Sistemas de Lodo ativado

Outros sistemas possíveis ( variações ):

� Lodos ativados de aeração prolongada

- Não possuem o decantador primário mas levam mais tempo para degradarem todo o material orgânico

� Lodos ativados com fluxo intermitente

- Não possuem o decantador primário e nem o secundário: todo o processo ocorre no mesmo “tanque”, sequencialmente

- (Simplicidade) Leva-se mais tempo para tratar o efluente 29


Sistemas anaeróbios usados para o Tratamento secundário

Geralmente geram menos lodo (crescimento dos microorganismos) e têm uma eficiência menor que a dos processos aeróbios

1) Digestores de lodo

2) Tanques sépticos Fossa séptica-filtro anaeróbio(um dos sistemas de “alta carga”)

3) Lagoas anaeróbias

Uma FOSSA remove a maior parte dos sólidos:

sedimentam, e “já” se decompõem

Um “FILTRO” (fechado) remove a MO residual

MO = Matéroa orgânica30

Considerações finais

A ÁGUA PARA O ABASTECIMENTO DEVE SER TRATADA Demanda de água tratada é um desafio atual e futuro

O crescimento populacional, aliado ao desenvolvimento industrial e anecessidade por alimentos está aumentando a demanda por água tratada(de qualidade boa e que deve ser constantemente atestada).

O TRATAMENTO DE EFLUENTES PRESERVA AS CARACTERÍSTICAS DOS CORPOS D´ÁGUA ONDE SÃO

LANÇADOSAs diferentes opções de sistemas de tratamento têm o mesmo objetivo

Simular os fenômenos naturais em condições controladas e otimizadas,resultando em um aumento da velocidade e da eficiência de estabilização damatéria orgânica, bem como outras substâncias presentes no meio.

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Referências Bibliográficas

1– BAIRD, C.,Química Ambiental, Bookman, 2002.

2– Pita, F. A. G. Armazenamento e tratamento de resíduos. Vol. II – Tratamento de Águas Residuais Domésticas, Universidade de Coimbra, 2002.

3- http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/01/aguas.pdf, acessado 13-11-12.

4- Nascentes, C. C.; Costa, L. M. Química Ambiental. UFMG, 2011.

5- http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/01/esgotos.pdf, acessado 09-06-13.

http://www.daaeararaquara.com.br/ete.htm, acessado 09-06-13.

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