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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