Entenda o que é coagulante e qual sua função no tratamento de água

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Provavelmente em seu processo, você já se deparou com problemas de má sedimentação e, consequentemente arraste de sólidos, ocasionado por um coagulante ou floculante inadequado para aquele tipo de tratamento.

Neste artigo, você conhecerá os principais coagulantes do mercado, suas características, vantagens e desvantagens que ajudarão você a escolher o melhor químico para o seu processo.

Mas antes de falamos sobre coagulantes, vale um lembrete, no mercado existem diversas opções de insumos químicos, não só de coagulantes, e é sempre recomendado realizar o teste de jarros, conhecido também como jar test para eleição adequada dos químicos a serem aplicados no processo bem como eleger a dosagem e pH adequados.

Agora sim podemos seguir adiante!

O que são coagulantes?

Os coagulantes são produtos químicos utilizados para precipitação de compostos em solução e desestabilização de suspensões coloidais de partículas sólidas, que, por outra maneira, não poderiam ser removidas por sedimentação, flotação ou filtração.

Os colóides são apresentados por partículas que tem uma faixa de tamanho de 1 nm (10^-7) a 0,1 nm (10^-8), e causam cor e turbidez.

Possuem propriedades elétricas que criam uma força de repulsão que impede a aglomeração e a sedimentação.

Na maioria dos efluentes industriais, por exemplo, o colóide possui carga negativa.

Se suas características não forem alteradas, permanecem no meio líquido.

Para que as impurezas possam ser removidas, é preciso então alterar algumas características por meio da coagulação, floculação, sedimentação (ou flotação) e filtração.

É comum referir-se aos sistemas coloidais como hidrófobos ou suspensóides quando repelem a água, e como hidrófilos ou emulsóides quando apresentam afinidade com a água.

A matéria particulada nos efluentes é na maior parte orgânica.

As condições de mistura e de floculação para a agregação de colóides orgânicos serão diferentes daquelas empregadas para colóides inorgânicos: as superfícies hidrofílicas destas partículas orgânicas reagem diferentemente à adição de coagulante.

Em geral, coagulante é o produto químico que é adicionado para desestabilizar as partículas coloidais de modo que possa formar o floco. Na maioria das vezes, são utilizados sais de alumínio e ferro.

Os coagulantes mais utilizados são o sulfato de alumínio e o cloreto férrico, sais que, em solução, liberam espécies químicas de alumínio ou ferro com alta densidade de cargas elétricas, de sinal contrário às manifestadas pelas partículas presentes na água bruta, eliminando, assim, as forças de repulsão eletrostática originalmente presentes na água bruta.

Tipos de coagulantes

1. Sulfato de Alumínio: é obtido pelo ataque de H₂S0₄ à bauxita pulverizada. A bauxita é um agregado natural de minerais, em que o Alumínio se apresenta principalmente na forma de óxidos hidratados.

Al₂SO₃.nH₂O + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃.nH₂O +3H₂O

Para determinação do grau de pureza, o teor de Sulfato de Alumínio é avaliado em termos de alumina (Al₂O₃). Dependendo do método de fabricação poderá resultar sulfato de alumínio sólido ou em solução.

1.1. Sulfato de Alumínio Sólido: é obtido neste estado pela secagem da solução resultante após o ataque da bauxita pelo ácido sulfúrico, aproveitando-se para isso o calor desenvolvido pela própria reação.

O sulfato de alumínio se cristaliza com 18 moléculas de água, porém o sulfato comercial apresenta a fórmula aproximada de Al₂(SO₄)₃.14,3H2O.

a) Sulfato de Alumínio Sólido Branco: é o sulfato de alumínio isento de ferro, apresentando coloração clara, quase branca, com granulometria muito boa para dosagem a seco. Trata-se entretanto, de um material de custo elevado.

b) Sulfato de Alumínio Sólido Amarelo: é o tipo comumente utilizado em ETA’s, pode ser de menor custo. Possui uma coloração ocre característica devido à presença de ferro.

Especificações normalmente adotadas:

• Insolúvel: <5,0%;
• Al₂O₃: >15,0%;
• Fe₂O₃: <1,5%;
• Acidez livre: <0,5%;
• Granulometria: nenhum retido na malha 12,7mm e < 90% retido na malha 4,76mm.

c) Sulfato de Alumínio Negro: é uma mistura homogênea de sulfato de alumínio branco ou amarelo, com a 2 a 4% de carvão ativado, utilizado em controle de odor e sabor.

Embalagem e Armazenamento: o sulfato sólido é fornecido normalmente em sacos multifolhados de papel, devendo o armazenamento ser feito em local seco, com os sacos colocados sobre estados de madeira. O material pode ser também fornecido a granel, principalmente quando o armazenamento é feito em silos.

1.2. Sulfato de Alumínio em Solução: é o resultado final do ataque da bauxita pelo ácido sulfúrico, mantendo-se um teor de água suficiente para impedir sua cristalização. O produto apresenta baixo teor de insolúveis.

Preparo da Solução:

Em geral, são utilizadas soluções de sulfato de alumínio com concentrações variando entre 05 a 15%.

Para se determinar a massa necessária para preparar um determinado volume de solução, utiliza-se a fórmula abaixo:

C = m .100        ou      m = C.V

V                               100

Onde:

C = concentração desejada (%)

m = massa de sal necessária (Kg)

V = volume final da solução (L)

Por exemplo, para o preparo de solução de concentração a 10% são necessários 10kg de sulfato para cada 100L de solução.

Se a empresa optar adquirir sulfato de alumínio em solução, a diluição deverá ser realizada em tanque com pintura antiácida, com agitação para homogeneização da solução.

O volume necessário para a preparação da solução na concentração desejada é determinada através da fórmula:

CiVi = Cf.Vf    ou  Vi = Cf.Vf

Ci

Onde:

Ci = concentração do sulfato concentrado

Vi = volume necessário do sulfato concentrado

Cf = concentração de solução desejafa

Vf = volume da solução desejada

Por exemplo, sulfato de alumínio 50% (Ci) será utilizado para o preparo de 10m³ (Vf) de sulfato 5% (Cf). Neste caso, o volume da solução concentrada necessária (Vi) será de 1m³.

1.2.1. Química da Coagulação com Sulfato de Alumínio

Quando se prepara a solução de sulfato de alumínio este se dissocia liberando cátions Al³⁺ e ânions SO₄^2-. Ao adicionarmos esta solução na água in natura ocorreu uma sequência de reações:

a) o íon Al³⁺ sofre uma hidrólise formando (Al(H₂O)₆)³⁺;

b) na presença de alcalinidade (OH^–, CO₃^2- e HCO₃^–) estes íons hidratados originam        (Al(H₂O)⁶(OH))²⁺;

c) a forma hidratada bivalente poderá formar um hidróxido insolúvel (Al(OH)₃) ou polímeros complexos: (Al₈(OH)₂₀)⁴⁺.(Al₆(OH)₁₅)³⁺, etc.

As formas hidratadas e poliméricas positivas são responsáveis pela neutralização e adsorção dos colóides, em um processo de coagulação denominado adsorção-desestabilização.

O hidróxido de alumínio insolúvel envolve e arrasta as partículas coloidais processando a coagulação por varredura.

Estas diferentes situações de coagulação são funções de pH e da concentração de sulfato de alumínio. De maneira geral:

• Em pH entre 5,0 e 6,5 e baixas dosagens de coagulante predomina a coagulação por adsorção;
• Em pH entre 7,0 e 9,0 e altas dosagens do agente químico predominam a coagulação por varredura;
• Em pH elevado aparece a forma negativa (Al(OH)₄)^–, que não promove a coagulação e a floculação.

2. Sais de Ferro: possui vantagens sobre sais de alumínio em alguns casos, porque formam flocos mais pesados e porque podem atuar em uma faixa de pH mais ampla ( 4 a 11), Os sais de ferro são comumente usados para a remoção de cor, uma vez que esta se processa melhor em pH baixo (pH de 3,5 a 6,0).

2.1. Sulfato Ferroso: é um sub-produto de diversos processamentos químicos e da decapagem do aço. O fato de se constituir um sub-produto exige um rigoroso controle de possíveis contaminantes, particular de metais pesados (As, Pb, Sb, etc.)

O sulfato ferroso encontra-se cristalizado com 7 moléculas de água, resultando FeSO₄.7H₂O, com coloração verde-clara.

Fe(SO₄).7H₂O + Ca(OH)₂ → Fe(OH)₂ + CaSO₄ + 7H₂O

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)_{3 (insolúvel)}

O sulfato ferroso se usa para águas turvas, fortemente, alcalinas (com pH superior a 8,0).

2.2. Cloreto Férrico: é usado para coagulação de água, efluentes e lodo entre outras aplicações. Forma flocos mais densos que o sulfato de alumínio, é bastante corrosivo.

3. Policloreto de Alumínio

Informações Técnicas:

O policloreto de alumínio é um dos sais de alumínio usados no tratamento das águas em geral, bem como no tratamento dos efluentes industriais.

Devido ao seu elevado graus de pureza ele atende as normas mundiais que limitam as impurezas máximas permitidas aos agentes floculantes.

Características:

• Fórmula: Al₂Cl₆ – 6H₂O
• Estado Físico: líquido amarelo, parcialmente viscoso
• pH (solução normal): 0,8 – 1,2
• Solubilidade: completamente solúvel sem deixar resíduo.

Outras informações:

• Reage com as substâncias alcalinas liberando vapores ácidos. E bastante corrosivo, atacando metais em geral;
• Quando diluído com água não provoca qualquer reação.

Aplicação:

Pode ser adicionado puro ou diluído em água. Neste caso, a quantidade de policloreto a ser usada deve ser diluída, no máximo, para uma proporção de 1 parte do produto em 3 partes de água.

Para diluições maiores, como também diluições realizadas com antecedência, mesmo na relação de 1 para 3, estas soluções sofrem um processo de hidrólise, diminuindo a sua eficiência, motivo pela qual não é recomendado este procedimento.

Vantagens:

• Substitui com a grande vantagem o uso do sulfato de alumínio e outros agentes floculantes inorgânicos, quer seja a na sua capacidade floculação, como também no grau de pureza da água tratada;
• A faixa de pH para as condições de floculação adotada mostrou ser mais ampla para Policloreto de alumínio (pH entre 5,7 a 8,3) do que para o Sulfato de Alumínio (pH entre 5,8 a 8,0), o que indica uma maior eficiência na floculação desses resíduos em geral.
• Para a floculação de uma água normal, a quantidade de Policloreto de Alumínio indica se situa em torno de 1 a 1,5mL por m³ de água a tratar.

Desvantagens:

• Para as diluições maiores que a proporção 1 para 3, como também diluições realizadas com antecedência, estas soluções sofrem um processo de hidrólise, diminuindo sua eficiência.
• Para águas barrentas, ou mesmo, águas contendo algas, óleos e outros materiais em suspensão é aconselhável dobrar, ou até triplicar a dosagem.
• Características corrosivas por isso é indicado o uso de linhas de PVC ou PFR, como também os depósitos de armazenagem de Policloreto de Alumínio, devem ser deste mesmo material.

Dosagem requerida do coagulante e do alcalinizante

A caracterização físico-quimica da água bruta é fator básico para se determinar a dosagem adequada do coagulante e do alcalinizante, que você se aprofundará no próximo artigo.

A massa necessária do coagulante é função da turbidez da água bruta.

No caso em que a alcalinidade natural não for suficiente para reagir com a quantidade de coagulante aplicado, esta deverá ser ajustada com adição conveniente de alcalinizante.

Além disso, o pH influencia diretamente o processo de coagulação e floculação.

A escolha correta das dosagens dos produtos químicos é base para que os processos subsequentes se efetuem adequadamente, promovendo a redução esperada de cor, turbidez, odor, matéria orgânica, organismos patogênicos e outros agentes poluidores.

O ensaio de floculação (teste de jarro) é o método empregado nas Estações de Tratamento, para se determinar a dosagem dos agentes químicos que proporcionarão a eficiência desejada com um menor custo econômico.

Agora que você já conheceu os principais químicos do mercado que auxiliam na coagulação, poderá desenvolver ou escolher o melhor para o seu tipo de tratamento, além de escolher o melhor custo benefício para a sua empresa.