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

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

Tempo de leitura: 11 minutos

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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 aplicados no processo de tratamento de água disponíveis no 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 o colóide possui carga negativa.

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

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

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 a ser removida da água in natura é composta de uma fração orgânica e inorgânica, que pode variar de acordo com as características da região , do solo e do curso do leito de captação, bem como são influenciadas pelo ciclo hidrológico.

As condições de mistura, cogulação 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 uma substância química composta, normalmente um sal de ferro ou alumínio que é adicionada à água onde irá gerar um hidróxido do sal correspondente que em solução irá desestabilizar as partículas coloidais gerando um coágulo no meio aquoso de modo que possa sob agitação formar o floco.

Sendo assim, vamos conhecer alguns destes 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, no entanto é disponível no mercado em solução para aplicação no processo de tratamento de água.

b) Sulfato de Alumínio Sólido Amarelo: é o tipo mais 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.

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 0,5 a 15%.

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

C = m .100   / V     ou      m = C . 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 desejada

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 SO42-.

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, CO32- 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

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.

Deve -se priorizar aplicação do produto sem diluição.

Vantagens

  • 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 abrangência em sua aplicação.

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.
  • 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.

4. Dosagem requerida do coagulante e do alcalinizante

A caracterização físico-química 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 a ser aplicada do coagulante é função da turbidez da água bruta.

No caso em que a alcalinidade natural não for suficiente para reagir com a quantidade do  sal de ferro ou alumínio a ser aplicado para formar o hidróxido do sal correspondente para clarificar a água até os níveis desejados, esta deverá ser ajustada com adição requerida de alcalinizante.

O ideal é buscar a aplicação de sal com menor teor de impurezas e que proporcione a clarificação da água até os níveis desejados reagindo com a alcalinidade natural da água a ser tratada.

Além disso, o pH influencia diretamente o processo de coagulação e floculação, sempre deve-se ler o pH – ótimo de coagulação com a turbidez da água bruta, tendo-se assim um duplo parâmetro para a coagulação: pH – Ut.

A eleição precisa das dosagens dos produtos químicos e sua correta dosagem são as bases para que os processos subsequentes a coagulação e floculação se desenvolvam adequadamente, promovendo a redução desejada de cor, turbidez, odor, matéria orgânica e outros agentes poluidores, conferindo a água o grau de pureza desejada.

O ensaio de floculação (teste de jarro) é o método empregado nas Estações de Tratamento, para se determinar a dosagem ideal dos agentes químicos que proporcionarão a eficiência desejada na clarificação da água com a melhor relação custo- benefício.

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.

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