quimica ambiental - tratamento de agua

7/18/2019 Quimica Ambiental - Tratamento de Agua

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Química Ambiental

Cap. 8 Tratamento da água



Ciclo da água



Tratamento da água

• O tratamento da água pode ser dividido emtrês categorias: – Purificação para uso doméstico

– Tratamento para aplicações industriaisespecializadas

– Tratamento das águas residuais para as tornaraceitáveis à sua reutilização ou envio para oambiente.



O homem pode beber a águafresca natural ?

• Em princípio NÃO !!• A água pode ter contaminantes e/ou poluentesquímicos e microorganismos patogénicos.



ETA

ETA



Estações de Tratamento de Água(ETAs)



Processos unitários numa ETA- Arejamento: libertação de impurezas

gasosas para a atmosfera e oxidação dematéria orgânica.

- Sedimentação: sedimentar partículasem suspensão.

- Filtração: remover partículas

minerais, orgânicas e microorganismosem suspensão.

- Desinfecção: eliminar agentes

infecciosos.



Desinfecção da água: Cloro• O gás cloro (Cl2) (ou o hipoclorito de cálcio, CaOCl) é o desinfectante

mais usado para matar bactérias patogénicas na água. Quando seadiciona Cl2 à água ocorre uma reacção química traduzida pelaseguinte equação:

Cl2( g ) + H

2O(l ) H+(aq.) + Cl-(aq.) + HOCl(aq.)

HOCl(aq.) H+(aq.) + OCl-(aq.)

• A soma das espécies químicas Cl2, OCl- e HOCl denomina-se de clorolivre.

• O cloro livre reage com amoníaco (NH3) dando origem a cloroaminas(NH2Cl, NHCl2 e NCl3). As cloroaminas denominam-se de clorocombinado disponível e, juntamente com o cloro livre, exerce algum poder desinfectante ao longo da rede de distribuição de água.



Problemas da desinfecção daágua com cloro

Formação de

clorofórmio



Desinfecção da água:Dióxido de cloro

• O ClO2 é um desinfectante da água que não produzclorofórmio. As semi-equações de redução são asseguintes:

ClO2( g ) + 4H+(aq.) + 5e- Cl-(aq.) + 2H2O(l )

ClO2( g ) + e- ClO2-(aq.)

• No entanto, o ClO2 é gás que reage violentamente com a

matéria orgânica e explode quando se expõe à luz. Assim,ele tem que ser produzido no sítio da desinfecção usando aseguinte reacção química:

2NaClO2(s) + Cl

2( g ) 2ClO

2( g ) + 2NaCl(s)



Desinfecção da água: Ozono• O ozono pode ser usado como

desinfectante tal como o cloro.Também, é mais destrutivo de vírusdo que o cloro e não dá origem aclorofórmio.

• No entanto, o ozono decompõe-seespontaneamente em oxigénio

[2O3( g )

3O2( g )] pelo que énecessário adicionar algum cloroatravés do sistema de distribuição.



ETA para a industria

• Aplicações industriais: – Participação nos processos: Ex. alimentar, énecessário remover agentes patogénicos e

substâncias tóxicas. – Caldeiras: É necessário remover agentes

corrosivos e que formam precipitados.

– Arrefecimento: Apenas necessita de umtratamento mínimo.



ETAR

ETAR



Utilização de água pelo homem

Esgoto

municipal



EsgotoEsgoto

industrial

Esgotosmunicipais

Esgotoagrícola



Os esgotos municipais podem ser

directamente despejados nos rios,lagos e mar ?

• Nunca !!!• Os esgotos municipais contêm por exemplo:

– Matéria orgânica biodegradável• Consumo de oxigénio e morte da vida aquática

– Nutrientes (azoto e fósforo)

• Eutroficação – Microorganismos patogénicos (bactérias, vírus,

protozoários, etc.)• Provoca doenças nos homens



ETAR – Estação de tratamentode águas residuais

Entra: Esgoto

Sai:

águalimpa

Sai: Lamas

compostadas oupara o aterro



Estações de Tratamento de ÁguasResiduais (ETARs)

1º Tratamento

2º Tratamento 3º Tratamento



Tratamento primário Clarificadorprimário:

adição decoagulantes

Remoçãode sólidos

Remoçãode areia e

gordura

Esgoto

Lamasprimárias



Coagulantes químicos na ETAR • Os coagulantes são adicionados às águas residuais

durante o seu tratamento com dois objectivos:- Promover a coagulação e floculação de

partículas sólidas muito pequenas de diversacomposição;

- Remover poluentes químicos da água.

• Os coagulantes químicos mais vulgares são oalúmen [Al2(SO4)3.xH2O], cloreto de ferro(III) e

cal apagada [Ca(OH)2].



Remoção de fósforo• O alúmem provoca também a remoção de fosfato

da água ao precipitar o fosfato de alumínio:

Al3+(aq.) + PO43-(aq.) AlPO4(s)

• Ou:Al(OH)3(s) + HPO42-(aq.) + H2O(l )

Al(OH)(HPO4).H2O(s) + 2OH-(aq.)



Tratamento secundário

Arejamento:

Lamas

activadas

Clarificadorsecundário

Lamassecundárias

Desnitrificador



Remoção de azoto:desnitrificador

• A desnitrificação ocorre em duas fases bioquímicas. Na primeira o amónio é

oxidado a nitrito pelas bactérias Nitrosomonas e depois a nitrato pelas bactérias Nitrobacter :

NH4+(aq.)+ 2O2( g )+ bactérias nitrificantes

NO3-(aq.) + 2H+(aq.) + H2O(l )

• Na presença de uma fonte de carbono (metanol) ocorre a seguinte conversão

bioquímica:

6NO3-(aq.)+ 5CH3OH(aq.) + 6H+(aq.) + bactérias desnitrificantes

3N2( g ) + 5CO2(aq.) + 13H2O(l )



Tratamento terciário

Desinfecção

com cloro

Rio

Coagulação Filtração



Tratamento físico-químico dosesgotos municipais

Um sistema físico-químico de tratamento de esgotostem vantagens e desvantagens relativamente aosistema de tratamento biológico:

Vantagens:

- Custos de capital inferior - Menos mão de obra

- Respondem melhor a materiais tóxicos

e sobrecargas.

Desvantagens:

- Operação mais controlada

- Consomem mais energia



Tratamento das águas residuaisindustriais

• Materiais orgânicos:

– Tratamento biológico – Adsorsão em carvão activado

• Processos químicos: – Neutralização ácido-base – Precipitação – Oxidação-redução.

• Processos físicos:

– Sedimentação, filtração, flutuação. – Concentração por evaporação, destilação, processos de membrana

(osmose reversa, hiperfiltração e ultrafiltração) – Extracção de solventes, arrastamento com ar ou vapor.

– Resinas organofílicas e/ou iónicas.



Remoção de cálcio eoutros metais

• Remoção simultânea de Ca2+ e Mg2+. Adição simultânea

de Ca(OH)2 e Na2CO3. Assim ocorre a precipitação deCaCO3 e Mg(OH)2.

Ca2+ + 2HCO3- + Ca(OH)2 2CaCO3(s) + 2H2OMg2+ + 2OH-Mg(OH)2(s)

• O Ca2+ pode ser removido pela precipitação comortofosfato:5Ca2+ + 3PO4

3- + OH- Ca5OH(PO4)3(s)



Resinas permutadoras

A água pode ser purificada por troca

iónica usandoresinas permutadoras.



Remoção de ferro e manganês• O Fe2+ e Mn2+ existem nas águas subterrâneas devido às

sua condições redutoras. Estes iões podem ser removidos por oxidação: – Arejamento – Cloro – Permanganato

• Em águas com elevados teores de carbonato os FaCO3 e

MnCO3 podem ser precipitados fazendo subir o pH daágua acima dos 8,5.



Remoção de metais pesados• Os metais pesados como o cobre, cádmio, mercúrio e

chumbo encontram-se nos esgotos em consequência deactividades industriais. Estes iões podem ser retirados daágua pelos seguintes processos:

– Tratamento com cal (precipitação dos hidróxidos) – Electrodeposição

– Osmose reversa

– Resinas permutadoras iónicas – Carvão activado



Remoção de substâncias orgânicasem solução

• O método padrão para remover substâncias orgânicas dissolvidas é o carvãoactivado.

• O carvão activado é produzido por aquecimento de materiais carboníferos(madeira, lignites, etc) a 600ºC sob condições anaeróbias seguido de um passode oxidação parcial com dióxido de carbono ou água:

CO2 + C

2COH2O + C H2 + CO

• Este passo de oxidação parcial dá origem a poros, aumentando a áreasuperficial, aumentando também a afinidade dos átomos de carbono por

substâncias orgânicas.

• O carvão activado pode ser regenerado por aquecimento a 950 ºC numacorrente de ar.



Remoção de substâncias inorgânicasem solução

• Com o objectivo de reciclar a água é necessário remover as substâncias

inorgânicas em solução das águas residuais.

• O efluente do tratamento secundário normalmente contém mais 300-400 mg/L de substâncias inorgânicas dissolvidas do que a água deabastecimento pública.

• Um dos métodos mais óbvios para remover estas substâncias é adestilação. No entanto a energia necessária é muito elevada. Congelara água dá origem a água muito pura mas a tecnologia ainda não está

suficientemente avançada.

• Os processos de separação baseados em membranas são os processosmais efectivos do ponto de vista dos custos para separar as substânciasinorgânicas da água.



Remoção de substâncias inorgânicasem solução: Electrodiálise



Remoção de substâncias inorgânicas

em solução: Osmose reversa



Remoção de substâncias inorgânicas

em solução: Remoção de fósforo



Remoção de substâncias

inorgânicas em solução:Remoção de azoto



Lamas• O principal problema do tratamento da água são as

lamas que se acumulam ao longo do processo.

• A medida ambientalmente mais correcta para lidarcom o problema das lamas provenientes das ETAou ETAR (exclusivamente esgotos municipais) é a

compostagem (aeróbia ou anaeróbia) esubsequente reciclagem como correctivo orgânicona agricultura.



A água usada pelo homem

retorna ao seu ciclo



Bibliografia• www.epa.gov

• www.usgs.gov• www.epal.pt

• www.wow.danfoss.com

• www.unep.org• G.W.vanLoon, S.J.Duffy, Environmental Chemistry: a global

perspective, Oxford, 2000, Oxford.

• M.L.McKinney, R.M.Schoch, Environmental Science: systems and

solutions, Jones and Bartlett Publishers, 1996, Boston.• S.L. Manahan, Environmental Chemistry, Lewis, 2000, Boca Raton.

http://www.epa.gov/

http://www.usgs.gov/

http://www.epal.pt/

http://www.wow.danfoss.com/

http://www.unep.org/

http://www.unep.org/

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