quimica ambiental - tratamento de agua
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Tratamiento de aguas residualesTRANSCRIPT
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Química Ambiental
Cap. 8 Tratamento da água
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Ciclo da água
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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.
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O homem pode beber a águafresca natural ?
• Em princípio NÃO !!• A água pode ter contaminantes e/ou poluentesquímicos e microorganismos patogénicos.
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ETA
ETA
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Estações de Tratamento de Água(ETAs)
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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.
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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.
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Problemas da desinfecção daágua com cloro
Formação de
clorofórmio
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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)
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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.
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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.
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ETAR
ETAR
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Utilização de água pelo homem
Esgoto
municipal
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EsgotoEsgoto
industrial
Esgotosmunicipais
Esgotoagrícola
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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
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ETAR – Estação de tratamentode águas residuais
Entra: Esgoto
Sai:
águalimpa
Sai: Lamas
compostadas oupara o aterro
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Estações de Tratamento de ÁguasResiduais (ETARs)
1º Tratamento
2º Tratamento 3º Tratamento
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Tratamento primário Clarificadorprimário:
adição decoagulantes
Remoçãode sólidos
Remoçãode areia e
gordura
Esgoto
Lamasprimárias
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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].
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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.)
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Tratamento secundário
Arejamento:
Lamas
activadas
Clarificadorsecundário
Lamassecundárias
Desnitrificador
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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 )
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Tratamento terciário
Desinfecção
com cloro
Rio
Coagulação Filtração
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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
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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.
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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)
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Resinas permutadoras
A água pode ser purificada por troca
iónica usandoresinas permutadoras.
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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.
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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
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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.
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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.
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Remoção de substâncias inorgânicasem solução: Electrodiálise
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Remoção de substâncias inorgânicas
em solução: Osmose reversa
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Remoção de substâncias inorgânicas
em solução: Remoção de fósforo
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Remoção de substâncias
inorgânicas em solução:Remoção de azoto
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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.
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A água usada pelo homem
retorna ao seu ciclo
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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.