Coagulantes mais utilizados na obtenção de água potável:
Al2(SO4)3 – Sulfato de Alumínio / Cátions polivalentes (Al+3, Fe+3, Fe+2, etc.)
Neutralizam as cargas elétricas das partículas suspensas e os hidróxidos metálicos (Ex: Al2(OH)3), ao adsorverem os particulados, geram uma floculação parcial.
Sais de Al3+ são os floculantes mais usados, seguidos de sais de Fe3+ e Fe2+. Esses sais reagem com a alcalinidade formando hidróxidos que desestabilizam os coloides. O sulfato de alumínio é provavelmente, a substância química mais utilizada para coagulação dos suprimentos públicos de água, devido à excelente formação do floco, seu baixo custo, e facilidade de transporte e de manuseio. O pH utilizado no processo de coagulação com sulfato de alumínio é de 5,0 a 8,0.
#PAC – Policloreto de Alumínio / FeCl3 – Cloreto Férrico / FeSO4 – Sulfato Ferroso / Ca(OH)2 – Hidróxido de Cálcio
Hidroxicloreto de Alumínio ou Policloreto de Alumínio (PAC) na maioria dos casos, revela-se como coagulante superior ao sulfato de alumínio. Para a eliminação de substâncias coloidais, sua eficácia, em média, é 2,5 vezes superior em igualdade de dosagem ao íon Al3+ à dos outros sais de alumínios habitualmente utilizados. O hidroxicloreto de alumínio é um sal de alumínio polimerizado, de fórmula bruta Aln(OH)mCl(3n-m) na qual a relação m/3n x 100 representa a basicidade do produto. Em função dessa basicidade, o hidroxicloreto de alumínio, durante a hidrólise, libera, em igualdade de dosagem de íons metálicos, uma quantidade de ácido consideravelmente menor do cloreto de alumínio e dos coagulantes tradicionais como sulfato de alumínio e cloreto férrico. Isso provoca uma menor variação do pH do meio tratado ou um menor consumo de neutralizante para reconduzir o pH ao seu valor original. Devido ao seu estado pré-polimerizado e à característica de sua estrutura molecular condensada com pontes de oxigênio entre os átomos de alumínio, o hidroxicloreto de alumínio apresenta vantagens na floculação em relação aos demais coagulantes inorgânico não pré-polimerizados, principalmente pela maior concentração do elemento ativo (Al2O3). O hidroxicloreto de alumínio, polímero mineral de peso molecular elevado, é produzido em alguns países e é conhecido como PAC (Poly Aluminium Chloride).
Vantagens do produto:
· É efetivo em uma larga faixa de pH;
· Forma flocos grandes, rígidos e pesados, elevando a velocidade de decantação;
· Remove eficientemente a carga orgânica/inorgânica do líquido a ser tratado;
· Forma líquida, permite fácil manuseio, estocagem e aplicação. Desvantagem do produto:
· Apresenta alto custo em relação ao Sulfato de Alumínio.
A reação a quente do ácido clorídrico concentrado com o minério de ferro (hematita–Fe2O3), seguida de resfriamento e filtração proporciona a produção de cloreto férrico (FeCl3) com elevado índice de pureza. A concentração final do produto é determinada em torno de 40% em peso de FeCl3. A utilização de FeCl3 reduz drasticamente a cor, turbidez, quantidade de sólidos suspensos, DBO, além de eliminar fosfatos.
A equação abaixo refere-se à reação de hidrólise do cloreto férrico, sendo esta, a responsável pela formação de hidróxido de ferro, que possui ação coagulante sobre as partículas:
FeCl3 + 3H2O = Fe (OH)3 + 3HCl
O sulfato férrico vem ganhando espaço no tratamento de efluentes tanto devido a sua menor corrosividade, como devido à significativa redução de custos, visto que, ele é, em média, 30% mais barato em relação ao cloreto férrico.
Sua produção é análoga à produção do cloreto férrico, através da reação do minério de ferro com o ácido sulfúrico, com concentração final em torno de 40% em peso de Fe2(SO4)3.
A equação abaixo refere-se à reação de hidrólise do sulfato férrico:
Fe2(SO4)3 + 6H2O = 2Fe(OH)3 + 3H2SO4
Os sais metálicos, de maneira geral, quando utilizados na coagulação consomem alcalinidade e podem diminuir o pH da água residual.
Hidróxido de cálcio, usualmente utilizado como agente controlador do pH, porém, os íons cálcio atuam também como agentes de neutralização das cargas elétricas superficiais, funcionando como um coagulante inorgânico.
#PolímerosAniônicos e não iônicos
Geração de “pontes” entre as partículas já coaguladas e a cadeia do polímero, gerando flocos de maior diâmetro.
Neutralização das cargas elétricas superficiais que envolvem os sólidos suspensos e incremento do tamanho dos flocos formados (via formação de pontes). Usualmente utilizado no tratamento de lamas orgânicas.
Policátions
São polieletrólitos catiônicos de baixo peso molecular, os quais possuem como função principal a neutralização das cargas elétricas superficiais e aumento do tamanho dos flocos.
Polímeros usados como coagulantes
Os polímeros ou polieletrólitos são constituídos de monômeros simples que são polimerizados às substâncias de alto peso molecular com pesos moleculares variando de 104 a 106. Os polímeros podem variar no peso molecular, estrutura, intensidade de carga, tipo de carga e composição. A intensidade da carga depende do grau de ionização dos grupos funcionais, o grau de copolimerização e/ou da quantidade de grupos substituídos na estrutura do polímero.
Há três tipos de polímeros que podem ser usados: catiônico, aniônico e não iônico. O catiônico é aquele que quando dissolvido em água se ioniza, adquire carga positiva e atua como um autêntico cátion. O aniônico, de maneira semelhante, adquire carga negativa e atua como ânion. O não iônico é aquele que não se ioniza em água. Os polímeros não iônicos são amplamente conhecidos como floculantes.
Nos polímeros catiônicos a carga positiva fica ligada ao corpo do polímero, ou seja, à cadeia do mesmo, e nos aniônicos a carga negativa é a que fica ligada ao corpo do polímero. Os polímeros de peso molecular alto têm cadeias muito longas e por isso são capazes de estabelecer ligações entre partículas diminutas dispersas na água, facilitando sua aglutinação e as transformando, consequentemente, em partículas relativamente grandes. Para que a aglutinação de partículas suspensas na água se verifique é necessário que a molécula do polímero seja adsorvida nas superfícies de duas ou mais destas partículas. Para tanto, são fundamentais a carga, o peso molecular e o grupo funcional do polímero. A carga do polímero serve para neutralizar as cargas da matéria em suspensão na água e o grupo funcional, quanto mais atuante, mais facilitará a adsorção das partículas ao polímero.
Adicionando-se um excesso de polímero catiônico a uma água a ser clarificada, as partículas suspensas irão adquirir cargas positivas e permanecerão dispersas no seio da água. Isso se constitui o que se chama “reversão de carga” da matéria em suspensão, pois de negativas que eram tornaram-se positivas. A seguir neutraliza-se com cuidado o excesso de cargas positivas usando-se um polímero aniônico.
Polímero Aniônico de Poliacrilamida
Os polímeros aniônicos de poliacrilamida são polieletrólitos com massas molares típicas entre 12-15 mg.mol-1 (mais de 150.000 monômeros de acrilamida por molécula), comercialmente disponíveis na forma sólida (granular) necessitando de intensa agitação durante a dissolução em concentrações recomendadas entre 0,25 e 1,0% (p/v) para uma dissolução satisfatória, sendo eficientes em dosagens muito baixas. Estes polímeros em geral são efetivos dentro de uma ampla faixa de pH, cujas características aniônicas permitem a neutralização de cargas positivas presentes na superfície das partículas suspensas em meio aquoso. Além disso, por efeitos de adsorção e formação de pontes intermoleculares de partículas em suspensão, é possível formar flocos maiores que serão mais facilmente separados do meio.
Tecnicamente, o #PAC pode substituir o sulfato de alumínio.
O PAC apresenta um poder de floculação maior que o sulfato de alumínio, este fato pode ser observado através de testes de jarro ou até mesmo em testes nas ETA´s.
Em termos operacionais, por se tratar de um produto líquido, o PAC apresenta uma maior praticidade no manuseio e preparo da solução; com a utilização do PAC ocorre geralmente uma redução no consumo de carbonato de sódio de 30%, em comparação com o sulfato de alumínio;
A substituição do sulfato de alumínio pelo PAC apresenta geralmente um custo de tratamento mais elevado para obtenção da qualidade de água desejável.
A adição de polímeros apresentara uma melhora significativa nos valores de turbidez da água tratada, no entanto, destaca-se que pode ocorrer uma sobrecarga nos filtros decorrente de processos de colmatação, exigindo uma maior frequência de retro lavagens.
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