Abastecimento De Aguas

Questão 1

Os fatores intervenientes dos mecanismos de coagulação

Segundo Faust & Aly (1998), dois mil anos antes de Cristo, os egípcios já coagulavam a água para beber. Eles a coletavam de rios, transportavam-na em recipientes de pele de camelo e a colocavam em receptáculos grandes, nas bordas dos quais eram espremidas amêndoas, que

depois eram jogadas dentro dos mesmos e misturadas vigorosamente com os braços, por um curto período de tempo. Após essa mistura, a água ficava em repouso por aproximadamente três horas para que a sujeira descesse para o fundo. A água ficava clara o suficiente para ser guardada em jarros, onde conservava-se fresca e tornava-se ainda mais clara com o tempo para o uso.

A primeira investigação científica do emprego do sulfato de alumínio para coagulação foi conduzida e relatada por Austen e Wilbur, da Rutgers University, em 1885. Eles observaram que, com a adição de dois grãos de sulfato de alumínio por galão (~34 mg/L), a água foi clarificada. Mais tarde, entre os anos de 1885 e 1897, a água do Rio Ohio foi utilizada em experimentos que visavam reduzir sua turbidez. Dos vários compostos testados, dentre os quais o sulfato de alumínio, o sulfato de alumínio com potássio e o sulfato de alumínio com cal, este último foi o que deu o melhor resultado. Esses experimentos difundiram o uso desses produtos na coagulação como auxiliares da filtração rápida com areia nos Estados Unidos.

Houve também pesquisas do uso de componentes de ferro, tais como o sulfato ferroso, cloreto férrico, cloro adicionado ao sulfato ferroso e sulfato férrico como coagulantes, dos quais foram obtidos resultados razoavelmente eficazes em certas situações.

Quanto maior a concentração de íons na água (força iônica maior), menor será a distância a partir da superfície do colóide em que serão iguais as concentrações de cátions e ânions.Quando dois colóides semelhantes se aproximam um do outro ocorre a interação entre as camadas difusas, fazendo que haja repulsão devido a força eletrostática entre os mesmos.

Plano de cisalhamento: certa porção do meio, em torno da partícula, entre a superfície interna e externa da camada difusa que caminha com a partícula.

Potencial Zeta: Consiste na aplicação da diferença de potencial em uma amostrade água contendo colóides negativos, de tal forma que certa porção do meio, em torno da partícula, caminha junto com esta ao eletrodo positivo, caracterizando o plano de cisalhamento. O potencial elétrico no local diminui de maneira exponencial, situado entre a camada compacta e a camada difusa.

Compressão da dupla camada

A introdução de um eletrólito indiferente, ou seja, o qual não tem característica de hidrólise ou de adsorção (como sais simples, por exemplo, cloreto de sódio), em um sistema coloidal causará aumento na densidade de cargas na camada difusa e diminuirá a “esfera” de influência das partículas, ocorrendo a coagulação por compressão da camada difusa.

Concentrações elevadas de íons positivos e negativos (força iônica grande) na água acarretam acréscimo do número de íons na camada difusa, que, para se manter eletricamente neutra, necessariamente tem seu volume reduzido (diminuição da espessura), de modo tal que as forças de van der Waals sejam dominantes, eliminando a estabilização eletrostática.

Adsorção e desestabilização

A desestabilização de uma dispersão coloidal consiste nas interações entre coagulante-colóide, coagulante-solvente e colóide-solvente (Di Bernardo, 2005).

Como o coagulante se dissolve, os cátions servem para neutralizar a carga negativa do colóide. Isso ocorre antes da formação visível do floco, e a agitação rápida é efetiva nesta fase. Microflocos são então formados os quais retém a carga positiva na faixa ácida devido a adsorção de H+. Esses microflocos também servem para neutralizar e cobrir as partículas coloidais (Eckenfelder, 1989).

No caso de espécies hidrolisadas de alumínio ou de ferro ou de polímeros sintéticos catiônicos, é comum ocorrer adsorção específica, causada pela interação entre coagulante e colóide. O mecanismo de adsorção-neutralização de carga é muito importante quando o tratamento é realizado através da tecnologia de filtração direta, pois as partículas desestabilizadas são retidas no meio granular dos filtros.

Varredura

No mecanismo de varredura, as concentrações de coagulante são elevadas, de modo que o produto de solubilidade dos hidróxidos produzidos (hidróxido férrico ou hidróxido de alumínio) é sobre passado. A precipitação floculenta destes hidróxidos removerá por captura os colóides presentes no meio, e os próprios colóides servirão como sementes para a formação do precipitado.

Formação de pontes químicas

O mecanismo de formação de pontes é típico para sistemas nos quais sejam adicionados

compostos orgânicos de cadeia longa (polieletrólitos). As interações entre os sítios ativos destas macromoléculas e os colóides promovem a sua aglomeração.

Como decorrência do maior entendimento dos mecanismos de coagulação foi elaborado vários diagramas de equilíbrio relacionam as espécies de Al solúveis e a quantidade de Al precipitado com os mecanismos de coagulação.

No emprego dos polímeros, a floculação pode efetuar-se por intermédio da formação de

pontes químicas, quando as partículas coloidais são adsorvidas na superfície das diversas cadeias dos polímeros. Para tal finalidade, a molécula de polímero deve ser longa o suficiente para minimizar o efeito repulsivo da dupla camada quando da aproximação de mais de uma partícula e permitir a adsorção em sua superfície. Há uma correlação direta entre a área superficial das partículas coloidais e a dosagem ótima de polímeros, e a melhor agregação não ocorre, necessariamente, para potencial zeta nulo. O mecanismo de floculação pode ocorrer com polímeros aniônicos, nos quais predominam sítios negativos. Dessa forma, tanto podem ocorrer ligações decorrentes de forças de atração eletrostática, quanto a prevalência de pontes de hidrogênio ou das forças de van der Waals. A Figura 3.3 apresenta uma representação esquemática da formação