saneamento básico coagulaÇÃo introdução. colóides. considerações sobre coagulação....
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Saneamento Básico
COAGULAÇÃO
Introdução. Colóides. Considerações sobre coagulação. Coagulantes. Mecanismos de coagulação.
Saneamento Básico
Coagulação:
Processo unitário responsável pela desestabilização
das partículas coloidais em um sistema aquoso,
preparando-as para a sua remoção nas etapas
subseqüentes do processo de tratamento.
Saneamento Básico
4.1 Coagulação:
“Partículas coloidais, substâncias húmicas e microrganismos em geral,
responsáveis pela turbidez e cor, apresentam-se com carga
negativa na água, impedindo a aproximação das mesmas. Por isso,
faz-se necessário alterar a força iônica do meio e, em tratamento de
água isto é feito, principalmente, pela adição de sais de alumínio ou
de ferro ou de polímeros sintéticos, caracterizando o fenômeno da
coagulação”. (Di Bernardo e Dantas, 2005)
Saneamento Básico
Coagulação:
1 m10-3 m
Partículas dissolvidas
Partículas em suspensão
Partículas coloidais
0,45 m
TurbidezCor aparenteSST
Cor realSDTCompostos dissolvidos
1 m10-3 m
Partículas dissolvidas
Partículas em suspensão
Partículas coloidais
0,45 m
TurbidezCor aparenteSST
Cor realSDTCompostos dissolvidos
Saneamento Básico
Coagulação:
1 m10-3 m
Partículas dissolvidas
Partículas em suspensão
Partículas coloidais
Processos de membrana•Osmose reversa•Nanofiltração
Tratamento convencional e variantes•Filtração direta•Filtração em linha•Filtração lenta
1 m10-3 m
Partículas dissolvidas
Partículas em suspensão
Partículas coloidais
Processos de membrana•Osmose reversa•Nanofiltração
Tratamento convencional e variantes•Filtração direta•Filtração em linha•Filtração lenta
1 m10-3 m
Partículas dissolvidas
Partículas em suspensão
Partículas coloidais
Processos de membrana•Osmose reversa•Nanofiltração
Tratamento convencional e variantes•Filtração direta•Filtração em linha•Filtração lenta
1 m10-3 m
Partículas dissolvidas
Partículas em suspensão
Partículas coloidais
Processos de membrana•Osmose reversa•Nanofiltração
Tratamento convencional e variantes•Filtração direta•Filtração em linha•Filtração lenta
Saneamento Básico
Coagulação:
As partículas coloidais, em função do tamanho reduzido não sedimentam a não ser dentro de
intervalos de tempo muito elevados, e são muito pequenas para serem retidas pela ação física dos filtros.
A maioria dos colóides permanece estável pois estes apresentam carga negativa, que provoca a repulsão
recíproca.
Saneamento Básico
Mistura-coagulação-floculação
Coagulação:
Velocidade de sedimentação de partículas com diferentes tamanhos
10-8 m/s (8,6 m/ano)Colóide grande, bactérias
0,001
10-4 m/s (8,6 m/d)Silte0,01
10-2 m/s (0,6 m/min)Areia finaO,1
0,23 m/sAreia grossa1
0,73 m/sSeixo10
Velocidade de sedimentação
TipoDiâmetro (mm)
10-8 m/s (8,6 m/ano)Colóide grande, bactérias
0,001
10-4 m/s (8,6 m/d)Silte0,01
10-2 m/s (0,6 m/min)Areia finaO,1
0,23 m/sAreia grossa1
0,73 m/sSeixo10
Velocidade de sedimentação
TipoDiâmetro (mm)
Saneamento Básico
Coagulação:
Características dos sistemas coloidais
Movimento Browniano:
Movimento aleatório contínuo denominado.
Efeito Tyndall:
Propriedade de dispersar a luz. A quantificação desta propriedade de um sistema coloidal é denominada nefelometria;
Comportamento Elétrico:
Existência de cargas negativas e positivas na superfície do colóide (Eletroforese).
Saneamento Básico
Coagulação:
Durante a coagulação, íons positivos são
adicionados à água para reduzir a sua carga
superficial a tal ponto que os colóides não tenham
capacidade de se repelirem.
Saneamento Básico
Coagulação:
A coagulação consiste em processos físicos e químicos
envolvendo:
Superfície das partículas;
Reagentes: Coagulantes, alcalinizantes e
auxiliares de coagulação;
Substâncias químicas presentes na água
especialmente as que conferem alcalinidade.
Saneamento Básico
Coagulação:
Coagulantes: compostos, geralmente de ferro ou alumínio. Capazes de produzir hidróxidos gelatinosos insolúveis e arrastar as impurezas.
Alcalinizantes: capazes de conferir a alcalinidade necessária à coagulação (cal viva , óxido de cálcio, hidróxido de cálcio, hidróxido de sódio, soda caustica; carbonato de sódio e barrilha).
Auxiliares de coagulação: capazes de formar partículas mais densas e tornar os flocos mais densos e compactos (argila, sílica ativa, polieletrólitos, etc.)
Saneamento Básico
Coagulação:
Principais coagulantes
Cloreto de polialumínio (1 a 4 mg/L)
Polímeros orgânicos catiônicos –Tanato/Tanfloc
Coagulantes Dosagens (mg/L) pH
Sulfato de alumínio 5 a 100 5,0 a 8,0
Sulfato férrico 8 a 80 8,5 a 11,0
Cloreto férrico 5 a 70 5,0 a 11,0
Auxiliares
Sílica
Polieletrólitos
Saneamento Básico
Coagulação:
Sílica
No caso de águas com baixa quantidade de material propício à formação de flocos, a sílica age como formadora de núcleos, que irão agregar as partículas e impurezas, facilitando a adsorção pelos compostos coagulantes.
Polieletrólitos
São polímeros de longa cadeia molecular, que quando lançados na água, apresentam um número muito grande de cargas, distribuídas ao longo desta cadeia. Podem ser catiônicos, aniônicos e não iônicos. Facilitam a desestabilização das partículas e possuem grande poder de floculação.
Saneamento Básico
Coagulação:
Características de um bom coagulante:
ser cátion trivalente; não apresentar toxicidade (saúde); ser insolúvel em pH próximo a 7,0 (produzindo
precipitado); Formem flocos com superfície grande, permitindo a
adsorção das matérias dissolvidas, coloidais e em suspensão;
Produza, em solução íons metálicos, que possibilitem a desestabilização das partículas.;
Tenha baixo custo e disponibilidades acessíveis.
Saneamento Básico
Coagulação:
Sulfato de alumínio é o coagulante mais utilizado entre os coagulantes. É um sólido cristalino de cor branca-acinzentada, contendo aproximadamente 17% de Al2O3 solúvel em água. É disponível em pedra, em pó ou em soluções concentradas.
Apresenta-se de três formas:
Branco: isento de ferro;
Amarelo: produzido pela reação do ácido sulfúrico com a bauxita pulverizada;
Negro: mistura do branco ou amarelo com carvão ativado (2 a 5%) para remoção de gosto e odor.
Saneamento Básico
Coagulação:Em água pura com pH baixo predominam as formas:
342)(SOAl 2
4
3 .3.2 SOAl
3FeCl ClFe .33
342)(SOFe 2
4
3 .3.2 SOFe
Saneamento Básico
Coagulação:
OHAl2
3 HAlOH 2
OHAlOH2
2 HAlOH2
OHAlOH22
HOHAlSólido3
OHOHAlSólido 23 HAlOH
4
342)(SOAl 2
4
3 .3.2 SOAl
Saneamento Básico
Coagulação:
Sulfato de alumínio (continuação)
Al2(SO4)3 + 6 H2O 2 Al+3 + 6H+ + 6 OH- + 3 SO4
– 2
Imediatamente após, o íon Al+3 é hidratado podendo formar outras espécies
hidrolisadas (produtos de hidrólise) tais como:
Al13 (OH)34+5;
Al7 (OH)17+4; espécies hidrolisadas
Al8 (OH)20 +4; curto tempo (inferior a 1 segundo)
Al6 (OH)15+3;
Al (OH)3 : hidróxido de alumínio, que é neutro, e se apresenta
sob a forma de um pequeno floco gelatinoso precipitável
Saneamento Básico
Coagulação:
Sulfato de alumínio
Na água natural o Al2(SO4)3 reage com a alcalinidade natural da formando o Al(OH)3 segundo a reação:
(água pura e pH baixo)342
)(SOAl 2
4
3 .3.2 SOAl
Saneamento Básico
Coagulação:
Sulfato de alumínio
Quando a alcalinidade é reduzida adiciona-se (Ca(OH)2)ou Na2CO3
Saneamento Básico
Coagulação:
Sulfato de alumínio (continuação)
Diagramas de equilibrio de solubilidade em águados hidróxidos de alumínio
Saneamento Básico
Mecanismos de Coagulação:
Considera-se a coagulação como resultado da ação de quatro
mecanismos distintos:
Compressão da camada difusa;
Adsorção e neutralização;
Varredura;
Adsorção e formação de pontes.
Adsorção e varredura (a)
Adsorção (b)
Varredura (c)
Saneamento Básico
Mistura-coagulação-floculação.
Coagulação:
300,0
30,0
3,0
0,3
Saneamento Básico
Coagulação:
O mecanismo de adsorção e neutralização das
cargas é muito importante quando o
tratamento é realizado por meio de uma das
tecnologias de filtração direta, pois não existe
necessidade de produção de flocos para
posterior sedimentação, mas de partículas
desestabilizadas que serão removidas no meio
filtrante (Di Bernardo e Dantas, 2005).
Saneamento Básico
Coagulação:
O mecanismo da varredura é muito utilizado
em estações de tratamento que utilizam a
floculação e sedimentação/flotação
antecedendo a filtração. Os flocos resultantes
são maiores e apresentam velocidades de
sedimentação relativamente altas quando
comparadas com os flocos formados no
mecanismo de adsorção-neutralização de
cargas. (Di Bernardo e Dantas, 2005)
Saneamento Básico
Ensaios de Tratabilidade:
Realizados em ensaios de “Jar Test” :
Caracterização da água bruta; Preparação das soluções; Ensaios.
Saneamento Básico
Ensaios de Tratabilidade:
Ensaios de Tratabilidade:
Saneamento Básico
Fatores que influenciam a coagulação:
pH, alcalinidade; Coagulante: tipo, concentração. Sais presentes; Turbidez; Temperatura Mistura.
Saneamento Básico
Ensaios de Tratabilidade:
“Ensaios de Tratabilidade de Água e dos Resíduos Gerados em Estações de Tratamento de Água” – Item 5.1 (depois aplicar em Laboratório)
Saneamento Básico
Estudar: Hidráulica Aplicada as Estações de Tratamento de Água
Marcos Rocha Viana
Capítulos
Cap. 5 - Química para tratamento de água: Fundamentos