Cloro e o processo de desinfecção em água de abastecimento

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Neste artigo vamos conhecer melhor sobre o cloro: suas propriedades físicas e químicas, além das formas que podem ser encontradas e mecanismo de ação.

O que é o cloro?

O cloro foi descoberto em 1774 pelo sueco Carl Wilhelm Scheele, acreditando que se tratava de um composto contendo oxigênio. Foi obtido a partir da seguinte reação:

MnO₂ + 4 HCl → MnCl₂ + Cl₂ + 2 H₂O

O cloro é um dos elementos químicos da família de halogênios, de número atômico 17 e massa atômica 35,457 u. Na sua forma elementar é um gás esverdeado que pode ser facilmente comprimido em um líquido de cor âmbar que solidifica à pressão atmosférica à temperatura de -102°C.

O cloro é produzido comercialmente pela eletrólise da salmoura, produzindo simultaneamente hidróxido de sódio e hidrogênio.

Esquema de processo de eletrólise da salmoura e reação global

1- Propriedades físicas:

• Ponto de ebulição (1 atm): -34°C
• Ponto de Fusão (1 atm): -102°C
• Temperatura Crítica: 143,5 °C
• Pressão Crítica: 76,05 atm
• Densidade Absoluta: 2,5 a 20°C

Disperso na atmosfera, o odor de cloro já é perceptível à concentração de 0,003L de cloro em 1m³ de ar. A concentração de 0,015 L/m³ causa a irritação das mucosas à 0,003 L/m³ causa a tosse e torna-se fatal, matando instantaneamente à concentração de 1L/m³.

2- Propriedades químicas:

O cloro, tanto líquido quanto gasoso, na ausência da umidade não ataca os metais ferrosos, podendo ser armazenado com segurança em cilindros de aço. Porém, a umidade o torna extremamente corrosivo. Resistem à solução aquosa os seguintes materiais: PVC, polietileno, teflon e alguns tipos de borrachas.

Em solução aquosa, o cloro é absorvido por alguns compostos alcalinos.

1kg de cloro combina com:

• 1,10 kg de cal hidratada comercial
• 0,83 kg de cal virgem
• 2,99 kg de barrilha

Agora que você conheceu um pouco sobre o cloro, vamos conhecer as formas encontradas:

Cloro Livre

Quando o cloro é adicionado à água ocorre a seguinte reação:

Cl₂ + H₂O ↔ HCl + HOCl

                                                               ácido clorídrico +   ácido hipocloroso

Em temperatura normal esta reação é completada em poucos segundos, sendo que em pH acima de 4,0 o equilíbrio se desloca para a direita, e pouco cloro existe.

O ácido hipocloroso (HOCl), sofre ionização originando cátion hidrogênio (H⁺) e ânion hipoclorito (OCl^–) em uma reação reversível cujo grau de ionização varia em função do pH e da temperatura.

HOCl ↔ H⁺ + OCl^–

                                                                  cátion hidrogênio + ânion  hipoclorito

O cloro existente na forma de ácido hipocloroso e de ânion hipoclorito é definido como cloro livre.

Distribuição do ácido hipocloroso e íon hipoclorito na água para vários valores de pH e temperatura

Cloro residual

O resíduo de cloro que permanece na água após o tempo necessário para a sua atuação é denominado de cloro residual. Este resíduo é muito importante pois assegura a eliminação de todos os organismos patogênicos, além de prevenir futuras contaminações durante a distribuição da água tratada.

A portaria 2914 de 12 de dezembro de 2011 do Ministério da Saúde, hoje portaria de consolidação n^o 5 recomenda uma concentração mínima de 0,2 mg/L de cloro residual livre em qualquer ponto da rede de distribuição.

A diferença entre o teor de cloro aplicado e o de residual de cloro indica a quantidade de cloro consumido durante a desinfecção, e é denominado de demanda de cloro.

Cloro combinado

O cloro na forma de ácido hipocloroso combina-se com a amônia ou com o íon amônio presentes na água, formando cloraminas ou cloro combinado.

NH⁴⁺ + HOCl ↔ H₂O + H+ +NH₂Cl (monocloramina)

NH₂Cl + HOCl ↔ H₂O + NHCl₂ (dicloramina)

NHCl₂ + HOCl ↔ H₂O + NCl₃ (tricloreto de nitrogênio)

A concentração de cada uma destas formas de cloro combinado depende principalmente do pH do meio.

• Monocloraminas predominam em pH > 8,5;
• Monocloraminas e diclorominas coexistem em proporções variadas na faixa de pH 4,5 a 8,5. À medida que o pH se reduz, aumenta a concentração de dicloraminas;
• Em pH (4,5 virtualmente toda cloramina se encontra na forma de tricloreto de nitrogênio).

Mecanismo da desinfecção

Experiências comprovaram que pequenas concentrações de ácido hipocloroso destroem as bactérias. Formulou-se então a hipótese de que o HOCl atravessaria a membrana celular dos microorganismos e provocaria a oxidação ou simples inibição das enzimas responsáveis pelo seu processo respiratório.

O fato de que os vírus são mais resistentes à atuação do cloro reforça esta teoria como são seres desprovidos de enzimas, a sua destruição só é possível pela oxidação de toda sua matéria protéica.

O ânion hipoclorito apresenta menor desinfetante, isto seria explicado pela sua dificuldade em atravessar a parede celular em função da carga iônica negativa que possui.

A ação desinfetante do cloro combinado pode ser explicada pela reversibilidade da reação de formação das próprias cloraminas:

NCl₃ + H₂O → NHCl₂ + HOCl

NHCl₂ + H₂O → NHCl₂ + HOCl

NH₂Cl + H₂O NH₃ + HOCl

Assim, as cloraminas atuam como fonte de ácido hipocloroso frente a qualquer substância oxidável.

As dicloraminas são mais eficazes como desinfetante do que o cloro livre.

Para um determinado tempo de contato, a um pH 8,5 – onde mais de 85% do cloro se encontra na forma de ânion hipoclorito – a dosagem de cloro combinado deve ser pelo menos 25 vezes maior do que o cloro livre, para a mesma ação desinfetante.

A desinfecção é uma das etapas mais importantes no tratamento de água e o processo mais aplicado em todo mundo ainda hoje é o que emprega cloro.

Quer saber quais são as outras etapas do processo de tratamento de água? Confira no nosso AcquaBlog.