Resumos sobre coagulação, floculação e decantação

Resumos sobre coagulação, floculação e decantação

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As impurezas contidas na água podem encontrar-se em: • Suspensão

• Dissolvidas

As suspensões podem ser:

• Grosseiras: facilmente capazes de flutuar ou decantar, quando a água estiver em repouso (ex: folhas, sílica, restos vegetais, etc.).

• Finais: turbidez, bactérias, plankton, etc.

• Coloidais: emulsões (CO2), ferro e manganês oxidado, etc.

As impurezas dissolvidas são: a dureza (sais de cálcio e magnésio), ferro e manganês não oxidados.

A coagulação tem por objetivo aglomerar as impurezas que se encontram em suspensões finais (ou em estado coloidal) e algumas que se encontram dissolvidas, em partículas maiores que possam ser removidas por decantação ou filtração.

Este fenômeno de aglomeração ocorre devido à duas ações distintas: 1) Uma desestabilidade onde, por adição de produtos químicos se neutralizam as forcas elétricas superficiais e se anulam as forcas repulsivas (coagulação). 2) Uma aglomeração dos colóides “descarregados” até a formação de flocos que sedimentam a uma velocidade adequada. Esta aglomeração é facilitada pela agitação suave, porém completa para facilitar o contato dos flocos uns com os outros. Esta é chamada de floculação sem, contudo quebrá-los.

O processo de coagulação/floculação/sedimentação se inicia na câmara de mistura rápida. A finalidade desta câmara é criar condições para que em poucos segundos, o coagulante seja uniformemente distribuído por toda a massa d’água.

Nesta câmara tem-se uma agitação muito intensa, promovida por agitadores, ou devido à própria hidrodinâmica em alguma parte da ETA. No caso da ETA Castelo Branco (Curado – Recife-PE) a câmara de mistura fica na entrada da ETA, logo após o venturi (onde é injetado o coagulante) a alta velocidade da água e as gincanas localizadas na câmara promovem condições ótimas para a mistura.

Ao sair da câmara de mistura, a água segue para a câmara de floculação.

Nesta, os flocos (sementes de flocos gerados na coagulação) irão agregado, por adsorção, as partículas dissolvidas ou em estado coloidal. Há casos em que são utilizadas duas camadas de floculação, uma com velocidade mais baixa, onde os flocos começam a crescer e entra com velocidade um pouco maior (para evitar a decantação dos flocos maiores), pois os mesmos continuam a aumentar de tamanho.

Ao sair da câmara de floculação, a água segue para os decantadores, onde a velocidade é bem pequena, fazendo com que os flocos sedimentem. Durante este caminho eles vão arrastando (e ativando) ainda partículas que vão encontrando ate atingir o fundo do decantador, para constituírem assim o chamado lodo químico (formado pela adição de coagulantes, geralmente não naturais).

Reagentes Utilizados

Os reagentes utilizados no processo de coagulação são agrupados em três categorias:

• Coagulantes: compostos, geralmente de ferro ou alumínio. Capazes de produzir hidróxidos gelatinosos insolúveis e englobar as impurezas.

• Alcalinizantes: capazes de conferir a alcalinidade necessária à coagulação (calviva - óxido de cálcio; hidróxido de cálcio; hidróxido de sódio – soda caustica; carbonato de sódio – barrilha).

• Coadjuvantes: capazes de formar partículas mais densas e tornar os flocos mais lastrados (argila, sílica ativa, polieletrólitos, etc.)

Propriedades dos Coagulantes

• Reagem com álcalis produzindo hidróxidos gelatinosos que envolvem e adsorvem impurezas (remoção de turbidez).

• Produzem íons trivalentes de cargas elétricas positivas, que atraem e neutralizam as cargas elétricas dos colóides que, em geral são negativas (remoção de cor).

Fatores que Influenciam a Coagulação

• Espécie de Coagulante o Ferro o Alumínio o Outros metais ou substâncias naturais

• Quantidade de Coagulante o Turbidez e cor a serem removidas o Ao teor bacteriológico

Embora existam tabelas que relacionem a turbidez com a quantidade de coagulante, apenas ensaios (no tar teste é que dizem a quantidade exata) dosagens maiores de coagulantes reduzem a quantidade de reagentes para desinfecção.

• Teor e Tipo da Cor e Turbidez o Maior ou menor quantidade de colóides o Maior ou menor quantidade de emulsificantes o Substancias coloridas diversas, etc

• Outras Características Químicas da Água o Alcalinidade o Teor de ferro o Matéria orgânica, etc.

• pH da Água o Há um pH ótimo de floculação, que é determinado experimentalmente.

• Tempo de Misturas Rápidas e Lenta o Rápida, fará a distribuição do coagulante de maneira uniforme o Lenta, para formação do floco (floculação). Aglomeração do material gelatinoso (coágulo) em partículas maiores que decantam mais rapidamente.

• Temperatura o A coagulação ocorre de forma melhor em temperaturas mais altas (temperatura mais baixa aumenta o consumo de coagulante).

• Agitação o Velocidade Pequena formação dos flocos diminui dificultando a decantação o Velocidade muito alta (agitação violenta) há formação dos flocos e depois a quebra dos mesmos em partículas menores retardando a decantação.

• Presença de Núcleos o Os coadjuvantes (aditivos de floculação) são substâncias capazes de promover núcleos mais densos para flocos mais pesados.

Processo de Coagulação dispersão do coagulante e sua reação com a alcalinidade para a formação do gel e ainda a aglomeração dessa gelatina para a formação do floco (floculação).

Coagulação: mistura rápida e continua ainda na lenta Floculação: mistura lenta

Coagulantes Utilizados

Alumínio - estudos vêm demonstrando que a hidrolise dos sais de alumínio e ferro é bem mais complexo do que é apresentada nas equações citadas na literatura. Estas, porém, são de utilidade na obtenção aproximada dos produtos das reações e das relações quantitativas.

Sulfato de Alumínio - é de longe o 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.

Na hidrolise do íon alumínio, em água pura com pH baixo predomina a forma Al+++ e em soluções alcalinas Al(OH)4- e Al(OH)5--. Em soluções diluídas na neutralidade temos o Al(OH)3.

Na água, o Al2(SO4)3 . 18H2O reage com a alcalinidade natural formando o Al(OH)3 segundo a reação.

O Al(OH)3 irá formar os flocos e o CO2 é o responsável pelo aumento da acidez da água.

Quando a alcalinidade natural é reduzida, geralmente adiciona-se cal

((Ca(OH))2 ou carbonato de sódio Na2CO3.

COOHOHAlNaSOCONaOHSOAl OHOHAlCaSOOHCaOHSOAl +++→+⋅

Outros sais de Al: sulfato duplo de alumínio e amônio Al2(SO4)3 . (NH4)2SO4 . 24H2O (Alúmen de Amônio) e Na2Oal2O3 (Alúmen de Sódio).

O sulfato é apresentado em 3 formas:

• Branco: isento de ferro. Mais onerosa e desnecessária, pois possui características dispensáveis (isenção de ferro)

• Amarelo: o mais comum e mais barato. Produzido da 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 cheiro.

Coagulantes de Ferro

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