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A PURIFICAÇÃO DE ÁGUAS POLUÍDAS

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A PURIFICAÇÃO DE ÁGUAS POLUÍDAS. Introdução A humanidade vêm se preocupando com a poluição das águas superficiais A partir dos anos 80 a humanidade começou a se preocupar com a poluição das águas subterrâneas A despoluição das águas superficiais são mais fáceis e mais baratas.

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Presentation Transcript
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Introdução

  • A humanidade vêm se preocupando com a poluição das águas superficiais
  • A partir dos anos 80 a humanidade começou a se preocupar com a poluição das águas subterrâneas
  • A despoluição das águas superficiais são mais fáceis e mais baratas
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Tabela 1. Compostos orgânicos comumente encontrados em águas subterrâneas nos EUA utilizadas pelas comunidades e suas propriedades

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Além dos compostos citados na tabela 1 encontrou-se pesticidas, em níveis de ppb

  • Chorume = líquido que contém material dissolvido e em suspensão proveniente de uma fonte tesrrestre
  • As maiores origens de contaminantes de chorume são os aterros de lixo
  • Nas áreas rurais ocorre muito a contaminação por pesticidas, como a atrazina
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Contaminantes orgânicos típicos:

  • - Solventes clorados (C2HCl3, C2Cl4)
  • - Hidrocarbonetos da gasolina ( so BTXs)
  • O comportamento dos compostos orgânicos que migram para o lençol depende significativamente de sua densidade relativa à da água
  • - Compostos menos densos ficam na superfície
  • -Compostos mais densos descem até a parte mais profunda dos aqüíferos
  • Com o passar dos anos os compostos vão se solubilizando e contaminando todo o aqüífero
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Não existe um modo fácil para a descontaminação dos aqüíferos

  • - O controle consiste no bombeio e tratamento da água
  • - A água tratada pode ser devolvida ao aqüífero ou armazenada em outro local
  • - Outra maneira e a utilização da água contaminada para a irrigação através da pulverização
  • As grandes indústrias estão mais responsáveis no descarte de resíduos orgânicos
  • As pequenas indústrias e municípios não controlam o descarte de resíduos orgânicos
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A gasolina penetra no solo através de derramamentos na superfície, vazamentos de tanques ou rupturas de oleodutos

  • - Os seus componentes são lixiviados na água e possuem grande mobilidade
  • - O BTX é o componente mais solúvel, podendo ter concentrações de 1 a 50 ppb
  • - Os benzenos alquilados são degradados por bactérias
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O contaminante inorgânico mais preocupante é o íon nitrato, NO3-

  • - Em águas não contaminadas a sua concentração é menor de 2 ppm
  • - Em águas contaminadas esse valor pode exceder 10 ppm
  • Em aqüíferos mais profundos essa contaminação não é observada:
  • - longe das fontes contaminantes
  • - ocorre desnitrificação
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Principais fontes de nitrato:

  • - fertilizantes nitrogenados
  • - inorgânico (17 milhões toneladas)
  • - esterco animal (7 milhões toneladas)
  • - deposição atmosférica
  • - esgoto doméstico
  • Na maioria dos casos, as formas originais do nitrogênio são oxidadas para nitrato no solo e este migra para as águas subterrâneas
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A purificação da água potável

  • A qualidade da água bruta, não tratada, pode variar de quase pura até a altamente poluída
  • O tipo de tratamento vai variar de acordo com os contaminantes presente na água
  • A desinfecção da água pode ser realizada utilizando-se Cl2 ou KMnO4
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As etapas da purificação

  • Aeração
  • A aeração é comumente usada para a melhoria da qualidade da água
  • - retirada de gases como o H2S
  • - oxidação de compostos orgânicos com a formação de CO2
  • - oxidação do Fe2+ (solúvel) para Fe3+ que forma hidróxidos insolúveis
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Decantação

  • Em várias estações de tratamento permite-se a decantação da água bruta
  • Partículas muito pequenas (diâmetro de 0,001 a 1,0 m) não se decantam facilmente
  • Para capturar estas partículas coloidais são utilizados Fe2(SO4)3 e Al2(SO4)3 que formam hidróxidos gelatinos
  • A retirada destes precipitados clareia a água
  • Após a remoção das partículas coloidais é efetuada uma filtração
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Remoção da dureza

  • As águas provenientes de leitos com rochas calcáricas possuem quantidades significantes de Ca2+ e Mg2+
  • A remoção do Ca2+ ocorre através da adição de íon fosfato ou por formação de CaCO3
  • A remoção do Mg2+ ocorre pela formação de Mg(OH)2
  • Após a remoção do CaCO3 e do Mg(OH)2 o pH é reajustado por borbulhamento de CO2
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Desinfecção

  • Ozônio
  • Para livrar a água de bactérias e vírus nocivos utiliza-se o O3
  • O O3 é gerado in situ, devido a sua instabilidade, através de descargas de 20.000volts em ar seco
  • 10 minutos de aeração são suficientes
  • A reação do O3 em águas com bromo leva a formação de compostos tóxicos e cancerígenos
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Dióxido de cloro

  • As moléculas de ClO2• operam oxidando moléculas orgânicas
  • A utilização de ClO2• gera menos subprodutos orgânicos tóxicos do que na utilização de Cl2
  • O ClO2• é gerado in situ, devido a sua periculosidade
  • Algum ClO2• é convertido em íons ClO2- e ClO3-, que causam problemas de saúde
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A luz ultravioleta

  • Lâmpadas de mercúrio emitem luz UV-C são mergulhadas no fluxo da água por 10 segundos para eliminar microorganismos tóxicos
  • A luz UV decompõem o DNA dos microorganismo
  • O ferro e substâncias húmicas podem absorver a luz UV, prejudicando a desinfecção
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Desinfecção da água por cloração

  • O agente mais utilizado é o ácido hipocloroso, HOCl
  • Mata facilmente os microorganismos
  • Pode formar substâncias organocloradas, como o CHCl3
  • O CHCl3 é suspeito de ser carcinogênico para o fígado humano
  • O limite aceitável é de 100 ppb
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A contaminação de águas superficiais por fosfatos

  • Nos anos 60 houve a contaminação do Lago Erie por íons fosfato
  • - polifosfatos de detergentes
  • - esgoto bruto
  • - fertilizantes a base de fosfato
  • O fosfato é o nutriente limitante do crescimento de algas
  • A morte das algas propicia a depleção do O2
  • A falta de O2 ocasionou a morte dos peixes
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A presença de Ca2+ e Mg2+ prejudica o potencial de limpeza do detergente

  • Os íons polifosfato são adicionados ao detergente para melhorar a operação limpante

Figura 3. Estrutura do íon polifosfato (a) não complexado; (b) complexado com íon cálcio.

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Outro papel do sequestrante é tornar a água um pouco alcalina, necessária para ajudar na remoção de sujeira

  • O íon tripolifosfato (TPF) é lentamente transformado em íon fosfato
  • P3O105- + 2H2O  3PO42- + 4H+
  • Os TPF foram substituídos pelo nitrilotriacetato de sódio (NTA)
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Figura 4. Estrutura do íon nitrilotriacetato (NTA): (a) não complexado; (b) complexado com íon cálcio.

O íon fosfato pode ser removido das águas residuais por adição de Ca(OH)2, formando Ca3(PO4)2 e Ca(PO4)3OH, insolúveis

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O tratamento de águas residuais e de esgoto

O principal componente do esgoto é o material orgânico

Figura 5. Etapas comuns do tratamento de águas residuais.

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Tratamento Primário (ou mecânico)

  • Remoção de partículas maiores
  • O lodo é constituído de matéria orgânica e é autodigerido por via anaeróbica
  • O lodo pode ser incinerado, descartado ou utilizado como fertilizante
  • Tratamento Secundário (ou biológico)
  • Grande parte do material orgânico é oxidado por microorganismos até CO2
  • Poucos municípios aplicam o tratamento terciário
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Tratamento Terciário

  • Redução da DBO por adição de sais de alumínio
  • Remoção de compostos orgânicos dissolvidos por carvão ativado
  • Remoção de fosfatos por precipitação como sais de cálcio
  • Remoção de metais pesados por adição de íons hidróxido
  • Remoção de ferro por aeração
  • A decomposição de substâncias orgânicas e biológicas durante o tratamento secundário produz sais inorgânicos
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Estes sais podem ser removidos através de várias técnicas:

Osmose reversa: A água passa sob pressão através de uma membrana que os íons não atravessam

Figura 6. Dessalinização da água por osmose reversa.

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Esta técnica é utilizada em Israel para produzir água potável a partir de água salgada do mar

  • É indicada para remover íons de metais alcalinos, metais alcalinos terrosos e sais de metais pesados
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Eletrodiálise: Uma série de membranas permeáveis a pequenos cátions ou a pequenos ânios inorgânicos são colocados de forma alternada no interior de uma célula elétrica

Figura 7. Unidade de eletrodiálise (esquemática) para dessalinização de água.

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A água concentrada em íons é descartada e a água purificada é liberada para o meio ambiente

  • Esta tecnologia também pode ser utilizada para dessalinização e potabilização de água do mar
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Troca iônica: Alguns sólidos poliméricos contêm sítios que podem reter íons de maneira relativamente fraca, o que torna possível esse íon ser trocado por um outro de mesma carga

  • Os sítios de troca de uma resina catiônica encontram-se ocupados inicialmente por H+
  • Os sítios de troca de uma resina aniônica encontram-se ocupados por OH-
  • Quando água poluída por íons M+ e X- passa por estas resinas temos a substituição de H+ por M+ e a substituição de OH- por X-
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Em algumas águas é necessário a remoção de compostos nitrogenados

  • - elevação do pH transforma o íon amônio em amônia, que pode ser retirada por borbulhamento de ar
  • - troca iônica
  • - bactérias nitrificantes
  • Em alguns casos, a água produzida no tratamento terciário pode ser utilizada para consumo
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O tratamento de cianetos e metais em águas residuais

  • O cianeto (CN-) é utilizado para a extração de metais em misturas (Au, Cd, Ni)
  • O CN- é muito venenoso para os animais, pois liga-se ao ferro das proteínas
  • Para eliminar o cianeto pode-se:
  • - oxidar o carbono com a utilização de O2, altas temperaturas e pressões
  • - oxidar o carbono e nitrogênio com a utilização de Cl2, H2O2
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Processos fotocatalíticos

Outra tecnologia inovadora no tratamento de águas residuais envolve a radiação de luz UV de fotocatalisadores semicondutores sólidos, como o TiO2, na forma de pequenas partículas suspensas na solução

Motivos para a escolha do TiO2:

- atóxico

- resistente a fotocorrosão

- barato

- abundante

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A irradiação com luz (<385nm) produz e- na banda de condução do óxido metálico e buracos positivos, h+, na banda de valência do mesmo

  • Os buracos reagem com OH- produzindo OH•
  • h+ + OH-  OH•
  • h+ + H2O  OH• + H+
  • Estes radicais degradam os poluentes
  • Este processo é relativamente caro, pois demanda muita energia para gerar a luz UV
  • Em alguns lugares revestem-se as paredes com TiO2 que juntamente com a radiação UV emanada pelas lâmpadas fluorescentes eliminam poluentes gasosos
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Degradação redutiva de compostos clorados

  • Alguns compostos totalmente halogenados reagem lentamente com OH•
  • A reação para estas espécies é mais rápida com processos redutivos
  • Cria-se um ânion doador de e-, que transfere seu excesso de carga para o composto per-halogenado, formando um radical livre reativo que é oxidado em seguida
  • CO2-• + CCl4 CO2 + [CCl4-•]  CO2 + CCl3• + Cl-
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Remediação in situ de águas subterrâneas contendo organoclorados

  • Este processo foi desenvolvido por Robert Gillham, University of Waterloo, Ontário
  • Baseia-se na construção de um muro permeável subterrâneo perpendicular à direção do fluxo de água
  • A água purifica-se ao passar através do muro, não sendo necessária o seu bombeamento para fora do subsolo
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Entre as camadas de areia são colocadas pequenos grânulos de ferro metálico

  • O ferro em contato com compostos organoclorados atua como agente oxidante
  • Fe(s)  Fe2+ (aq) + 2e-
  • Os e- são doados para os compostos organoclorados que são adsorvidos sobre o metal
  • O cloro destes compostos são reduzidos para Cl- e liberados na solução
  • O ferro reduz os íons Cr6+, solúveis, para óxidos insolúveis de Cr3+
  • A adição de Ni aumenta a velocidade por um fator de 10
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