CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

Transcrição

1 CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA PROCESSOS QUÍMICOS TECNOLÓGICOS Ângela de Mello Ferreira Belo Horizonte 2013

2 Prática 02 Processo de coagulação e floculação em Jar Teste 1- Introdução Uma das primeiras etapas no processo de tratamento de água do manancial, na entrada de água bruta de uma Estação de Tratamento de Água ETA é a coagulação química. Dada a importância da coagulação na ETA, tornam-se imprescindíveis estudos mais aprofundados sobre os diversos tipos de coagulantes. A utilização de coagulantes/floculantes para a remoção de turbidez, cor e matéria orgânica têm obtido sucesso no tratamento de águas superficiais para a produção de água potável. Vários agentes coagulantes químicos são conhecidos e amplamente utilizados em todo o mundo. A turbidez refere-se à matéria suspensa presente na água, de qualquer natureza, com tamanho variando desde suspensões grosseiras aos colóides. É causada principalmente por areia, argila e microrganismos em geral. Pode ser considerada como o inverso da sua transparência. O sulfato de alumínio é muito utilizado como coagulante no processo de produção de água potável, por apresentar baixo custo e boa eficiência na coagulação das partículas coloidais. Atualmente, sais de Al 3+ são os coagulantes/floculantes mais usados, seguidos de sais de Fe 3+ e Fe 2+. Esses sais reagem com a alcalinidade formando hidróxidos que desestabilizam os coloides Os termos coagulação e floculação são utilizados, praticamente, como sinônimos, uma vez que ambos significam o processo integral de aglomeração das partículas. Mas, pode-se dizer que a coagulação é o processo por meio do qual o agente coagulante é adicionado à água, reduzindo as forças que tendem a manter separadas as partículas em suspensão, e a floculação é a aglomeração dessas partículas por meio de transporte de fluido, de modo a formar partículas maiores que possam sedimentar. O sulfato de alumínio se hidrolisa na presença de água formando diversos compostos: AlOH -, Al(OH) 3, Al(OH) - 4, Al(OH) , Al(OH) 6 e outros. A coagulação ocorre predominantemente por dois mecanismos: 1- Adsorção/desestabilização- adsorção das espécies solúveis resultantes da hidrólise do sulfato de alumínio nos coloides e, consequente, desestabilização. 2- Coagulação de varredura as partículas coloidais são envolvidas e arrastadas pelo hidróxido de alumínio que precipita. A formação do floco de hidróxido de alumínio deve-se à reação do sulfato de alumínio com a alcalinidade da água. Na faixa de ph usualmente associada ao tratamento de água, a alcalinidade se deve à presença de íons carbonato segundo a reação a seguir: Al 2 (SO 4 ) 3. 14H 2 O + 3Ca(HCO 3 ) 2 Al(OH) 3 + 3CaSO H 2 O + 6CO 2

3 Algumas águas podem não conter alcalinidade suficiente para reagir com o sulfato de alumínio. Nesse caso, deve-se adicionar alcalinidade à água pela adição de cal hidratada, conforme mostra reação abaixo: Al 2 (SO 4 ) 3. 14H 2 O + 3Ca(OH) 2 2Al(OH) 3 + 3CaSO H 2 O Diagrama de solubilidade do alumínio Fonte: DI BERNARDO e DANTAS, 2005 Dependendo da concentração da solução do coagulante, o alumínio pode estar em maior 3+ ou menor porcentagem na forma de Al(H 2 O) 6, ou ainda, na forma de hidroxo-complexos, e influir na eficiência da coagulação. Através do Jar test pode-se determinar as melhores condições para coagulação/floculação através da simulação da velocidade de agitação, ph e concentração de agente coagulante. Os sólidos correspondem a toda matéria que aparece como resíduo após evaporação, secagem ou calcinação da amostra a uma temperatura pré-fixada, durante determinado tempo. 2- Objetivos Remoção de turbidez da água utilizando coagulação e floculação em jar test determinando-se as melhores condições de clareamento da mistura.

4 3- Materiais e reagentes Solução de sulfato de alumínio 1%; Solução de cal 1,2g/L; Aparelho de Jar Test; Turbidímetro; Papel indicador de ph; Cubas de vidro; Tubos de ensaio 4- Procedimento Determinação dos parâmetros da água bruta Parâmetro Valores ph Turbidez 4.2- Determinação preliminar do ph Tabela 1: Parâmetros da água bruta Coletar 100 ml de água bruta e medir ph; Adicionar o sulfato de alumínio na dosagem escolhida; Titular a amostra com base, de forma a atingir o ph desejado para o teste; Determinar a quantidade de base a ser adicionada durante o teste Coagulação no Jar Test Adicionar 2,0 Litros de água bruta em cada cuba e iniciar agitação (100 rpm) e adicionar simultaneamente o sulfato de alumínio e a solução de cal nas dosagens estabelecidas para tingir o ph do teste; Manter a agitação por 2 minutos. Reduzir a velocidade para 40 rpm e continuar por 10 minutos Reduzir a velocidade para 10 rpm e continuar por 10 minutos Interromper a agitação e deixar os flocos sedimentam por 10 minutos

5 Determinar a turbidez do sobrenadante para os tempos de 5, 10 e 20 minutos e anotar os valores no quadro 1. Tabela 2 Dosagem de produtos químicos Amostras Dosagem de Al2(SO4)3 mg/l Vol. solução de Al2(SO4)3 1% Dosagem de cal (mg/l) Vol. solução de cal 1,2g/L Tabela 3 - Valores de turbidez Tempo Valores de turbidez (NTU) 5 min 10 min 15 mim 20 min 5- Resultado e Discussão Realizar a análise de turbidez x quantidade de coagulante e turbidez x tempo de sedimentação. Discutir os resultados.

6 6- Referência Bibliográfica AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION.Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater.20th edition. Washington, DC: American Public Health Association, DI BERNARDO, L.; DANTAS, A. D. B. Métodos e técnicas de tratamento de água. 2ª ed.v. 1. São Carlos: RiMa Questionário 1- Quais outros compostos químicos poderiam ser utilizados em substituição ao sulfato de alumínio? 2- Pesquise e apresente pelo menos 2 coagulantes naturais e enumere suas vantagens sobre os coagulantes químicos. 3- Qual é a diferença entre coagulação e floculação? 4- O que são coloides? 5- Defina potencial zeta e a sua interferência no processo de coagulação/floculação. 6- Explique a importância da simulação do processo de coagulação em jar test 7- Deseja-se tratar um efluente que apresenta 150 UTN de turbidez. Determine a quantidade máxima de sulfato de alumínio e base que deve ser adicionada para o processo de coagulação. 8- Faça uma pesquisa e apresente compostos aditivos que poderiam ser adicionados ao processo a fim de melhorar ainda mais a eficiência do processo de coagulação. 9- Qual é o princípio de funcionamento de um turbidímetro?