Química Ambiental (Dep

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Química Ambiental
Cap. 8 Tratamento da água
Ciclo da água
Tratamento da água
• O tratamento da água pode ser dividido em 
três categorias:
– Purificação para uso doméstico
– Tratamento para aplicações industriais 
especializadas
– Tratamento das águas residuais para as tornar 
aceitáveis à sua reutilização ou envio para o 
ambiente.
O homem pode beber a água 
fresca natural ?
• Em princípio NÃO !!
• A água pode ter contaminantes e/ou poluentes 
químicos e microorganismos patogénicos. 
ETA
ETA
Estações de Tratamento de Água 
(ETAs)
Processos unitários numa ETA
- Arejamento: libertação de impurezas 
gasosas para a atmosfera e oxidação de 
matéria orgânica.
- Sedimentação: sedimentar partículas 
em suspensão.
- Filtração: remover partículas 
minerais, orgânicas e microorganismos 
em suspensão.
- Desinfecção: eliminar agentes 
infecciosos.
Desinfecção da água: Cloro
• O gás cloro (Cl2) (ou o hipoclorito de cálcio, CaOCl) é o desinfectante 
mais usado para matar bactérias patogénicas na água. Quando se 
adiciona Cl2 à água ocorre uma reacção química traduzida pela 
seguinte equação:
Cl2(g) + H2O(l) H+(aq.) + Cl-(aq.) + HOCl(aq.)
HOCl(aq.) H+(aq.) + OCl-(aq.)
• A soma das espécies químicas Cl2, OCl- e HOCl denomina-se de cloro 
livre. 
• O cloro livre reage com amoníaco (NH3) dando origem a cloroaminas
(NH2Cl, NHCl2 e NCl3). As cloroaminas denominam-se de cloro 
combinado disponível e, juntamente com o cloro livre, exerce algum 
poder desinfectante ao longo da rede de distribuição de água.
Problemas da desinfecção da 
água com cloro
 
 
Formação de 
clorofórmio
Desinfecção da água: 
Dióxido de cloro
• O ClO2 é um desinfectante da água que não produz 
clorofórmio. As semi-equações de redução são as 
seguintes:
ClO2(g) + 4H+(aq.) + 5e- Cl-(aq.) + 2H2O(l)
ClO2(g) + e- ClO2
-(aq.)
• No entanto, o ClO2 é gás que reage violentamente com a 
matéria orgânica e explode quando se expõe à luz. Assim, 
ele tem que ser produzido no sítio da desinfecção usando a 
seguinte reacção química:
2NaClO2(s) + Cl2(g) 2ClO2(g) + 2NaCl(s)
Desinfecção da água: Ozono
• O ozono pode ser usado como 
desinfectante tal como o cloro. 
Também, é mais destrutivo de vírus 
do que o cloro e não dá origem a 
clorofórmio. 
• No entanto, o ozono decompõe-se 
espontaneamente em oxigénio 
[2O3(g) 3O2(g)] pelo que é 
necessário adicionar algum cloro 
através do sistema de distribuição.
ETA para a industria
• Aplicações industriais:
– Participação nos processos: Ex. alimentar, é 
necessário remover agentes patogénicos e 
substâncias tóxicas.
– Caldeiras: É necessário remover agentes 
corrosivos e que formam precipitados.
– Arrefecimento: Apenas necessita de um 
tratamento mínimo.
ETAR
ETAR
Utilização de água pelo homem
Esgoto
municipal
Esgoto
Esgoto 
industrial
Esgotos 
municipais
Esgoto 
agrícola
Os esgotos municipais podem ser 
directamente despejados nos rios, 
lagos e mar ?
• Nunca !!!
• Os esgotos municipais contêm por exemplo:
– Matéria orgânica biodegradável 
• Consumo de oxigénio e morte da vida aquática
– Nutrientes (azoto e fósforo)
• Eutroficação
– Microorganismos patogénicos (bactérias, vírus, 
protozoários, etc.) 
• Provoca doenças nos homens
ETAR – Estação de tratamento 
de águas residuais
Entra: Esgoto
Sai: 
água 
limpa
Sai: Lamas 
compostadas ou 
para o aterro
Estações de Tratamento de Águas 
Residuais (ETARs)
1º Tratamento
2º Tratamento 3º Tratamento
Tratamento primário
Clarificador 
primário: 
adição de 
coagulantes
Remoção 
de sólidos 
Remoção 
de areia e 
gordura
Esgoto
Lamas 
primárias 
Coagulantes químicos na ETAR
• Os coagulantes são adicionados às águas residuais 
durante o seu tratamento com dois objectivos:
- Promover a coagulação e floculação de 
partículas sólidas muito pequenas de diversa 
composição;
- Remover poluentes químicos da água.
• Os coagulantes químicos mais vulgares são o 
alúmen [Al2(SO4)3.xH2O], cloreto de ferro(III) e 
cal apagada [Ca(OH)2].
O alúmen
• Quando o ião Al3+ é adicionado à água ocorrem 
reacções químicas traduzidas pelas seguintes 
equações:
Al3+(aq.) + H2O(l) Al(OH)2+ (aq.) + H+(aq.)
Al(OH)2+(aq.) + H2O(l) Al(OH)2
+ (aq.) + H+(aq.)
Al(OH)2
+(aq.) + H2O(l) Al(OH)3 (s) + H+(aq.)
• Os hidroxocomplexos de alumínio e o hidróxido 
de alumínio floculado provocam a coagulação de 
partículas coloidais carregadas negativamente 
(argilas, matéria orgânica e bactérias).
Remoção de fósforo
• O alúmem provoca também a remoção de fosfato 
da água ao precipitar o fosfato de alumínio:
Al3+(aq.) + PO4
3-(aq.) AlPO4(s)
• Ou:
Al(OH)3(s) + HPO4
2-(aq.) + H2O(l) 
Al(OH)(HPO4).H2O(s) + 2OH-(aq.)
Tratamento secundário
Arejamento:
Lamas 
activadas 
Clarificador 
secundário 
Lamas 
secundárias 
Desnitrificador
Remoção de azoto: 
desnitrificador
• A desnitrificação ocorre em duas fases bioquímicas. Na primeira o amónio é 
oxidado a nitrito pelas bactérias Nitrosomonas e depois a nitrato pelas 
bactérias Nitrobacter:
NH4+(aq.)+ 2O2(g)+ bactérias nitrificantes 
NO3
-(aq.) + 2H+(aq.) + H2O(l)
• Na presença de uma fonte de carbono (metanol) ocorre a seguinte conversão 
bioquímica:
6NO3
-(aq.)+ 5CH3OH(aq.) + 6H+(aq.) + bactérias desnitrificantes 
3N2(g) + 5CO2(aq.) + 13H2O(l)
Tratamento terciário
Desinfecção 
com cloro
Rio 
Coagulação Filtração
Tratamento físico-químico dos 
esgotos municipais
Um sistema físico-químico de tratamento de esgotos 
tem vantagens e desvantagens relativamente ao 
sistema de tratamento biológico:
Vantagens:
- Custos de capital inferior
- Menos mão de obra
- Respondem melhor a materiais tóxicos
e sobrecargas.
Desvantagens:
- Operação mais controlada
- Consomem mais energia
Tratamento das águas residuais 
industriais
• Materiais orgânicos: 
– Tratamento biológico
– Adsorsão em carvão activado
• Processos químicos: 
– Neutralização ácido-base
– Precipitação
– Oxidação-redução.
• Processos físicos: 
– Sedimentação, filtração, flutuação.
– Concentração por evaporação, destilação, processos de membrana 
(osmose reversa, hiperfiltração e ultrafiltração)
– Extracção de solventes, arrastamento com ar ou vapor.
– Resinas organofílicas e/ou iónicas.
Remoção de cálcio e 
outros metais
• Remoção simultânea de Ca2+ e Mg2+. Adição simultânea 
de Ca(OH)2 e Na2CO3. Assim ocorre a precipitação de 
CaCO3 e Mg(OH)2. 
Ca2+ + 2HCO3
- + Ca(OH)2 2CaCO3(s) + 2H2O
Mg2+ + 2OH- Mg(OH)2(s)
• O Ca2+ pode ser removido pela precipitação com 
ortofosfato:
5Ca2+ + 3PO4
3- + OH- Ca5OH(PO4)3(s)
Resinas permutadoras
A água pode ser 
purificada por troca 
iónica usando 
resinas 
permutadoras.
Remoção de ferro e manganês
• O Fe2+ e Mn2+ existem nas águas subterrâneas devido às 
sua condições redutoras. Estes iões podem ser removidos 
por oxidação:
– Arejamento
– Cloro
– Permanganato
• Em águas com elevados teores de carbonato os FaCO3 e 
MnCO3 podem ser precipitados fazendo subir o pH da 
água acima dos 8,5. 
Remoção de metais pesados
• Os metais pesados como o cobre, cádmio, mercúrio e 
chumbo encontram-se nos esgotos em consequência de 
actividades industriais. Estes iões podem ser retirados da 
água pelos seguintes processos:
– Tratamento com cal (precipitação dos hidróxidos)
– Electrodeposição
– Osmose reversa
– Resinas permutadoras iónicas
– Carvão activado
Remoção de substâncias orgânicas 
em solução
• O método padrão para remover substâncias orgânicas dissolvidas é o carvão 
activado. 
• O carvão activado é produzido por aquecimento de materiais carboníferos 
(madeira, lignites, etc) a 600ºC sob condições anaeróbias seguido de um passo 
de oxidação parcial com dióxido de carbono ou água:
CO2 + C 2CO
H2O + C H2 + CO
• Este passo de oxidação parcial dá origem a poros, aumentando a área 
superficial, aumentando também a afinidade dos átomos de carbono por 
substâncias orgânicas.
• O carvão activado pode ser regenerado por aquecimento a 950 ºC numa 
corrente de ar.
Remoção de substâncias inorgânicas 
em solução
• Com o objectivo de reciclara água é necessário remover as substâncias 
inorgânicas em solução das águas residuais. 
• O efluente do tratamento secundário normalmente contém mais 300-
400 mg/L de substâncias inorgânicas dissolvidas do que a água de
abastecimento pública.
• Um dos métodos mais óbvios para remover estas substâncias é a 
destilação. No entanto a energia necessária é muito elevada. Congelar 
a água dá origem a água muito pura mas a tecnologia ainda não está 
suficientemente avançada.
• Os processos de separação baseados em membranas são os processos
mais efectivos do ponto de vista dos custos para separar as substâncias 
inorgânicas da água. 
Remoção de substâncias inorgânicas 
em solução: Electrodiálise
Remoção de substâncias inorgânicas 
em solução: Osmose reversa
Remoção de substâncias inorgânicas 
em solução: Remoção de fósforo
Remoção de substâncias 
inorgânicas em solução: 
Remoção de azoto
Lamas
• O principal problema do tratamento da água são as 
lamas que se acumulam ao longo do processo. 
• A medida ambientalmente mais correcta para lidar 
com o problema das lamas provenientes das ETA 
ou ETAR (exclusivamente esgotos municipais) é a 
compostagem (aeróbia ou anaeróbia) e 
subsequente reciclagem como correctivo orgânico 
na agricultura.
A água usada pelo homem 
retorna ao seu ciclo
Bibliografia
• www.epa.gov
• www.usgs.gov
• www.epal.pt
• www.wow.danfoss.com
• www.unep.org
• G.W.vanLoon, S.J.Duffy, Environmental Chemistry: a global 
perspective, Oxford, 2000, Oxford.
• M.L.McKinney, R.M.Schoch, Environmental Science: systems and 
solutions, Jones and Bartlett Publishers, 1996, Boston.
• S.L. Manahan, Environmental Chemistry, Lewis, 2000, Boca Raton.
http://www.epa.gov/
http://www.epa.gov/
http://www.usgs.gov/
http://www.usgs.gov/
http://www.epal.pt/
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http://www.wow.danfoss.com/
http://www.unep.org/
	Ciclo da água
	Tratamento da água
	O homem pode beber a água fresca natural ?
	ETA
	Estações de Tratamento de Água (ETAs)
	Processos unitários numa ETA
	Desinfecção da água: Cloro
	Problemas da desinfecção da água com cloro
	Desinfecção da água: Dióxido de cloro
	Desinfecção da água: Ozono
	ETA para a industria
	ETAR
	Utilização de água pelo homem
	Esgoto
	Os esgotos municipais podem ser directamente despejados nos rios, lagos e mar ?
	ETAR – Estação de tratamento de águas residuais
	Estações de Tratamento de Águas Residuais (ETARs)
	Tratamento primário
	Coagulantes químicos na ETAR
	O alúmen
	Remoção de fósforo
	Tratamento secundário
	Remoção de azoto: desnitrificador
	Tratamento terciário
	Tratamento físico-químico dos esgotos municipais
	Tratamento das águas residuais industriais
	Remoção de cálcio e outros metais
	Resinas permutadoras
	Remoção de ferro e manganês
	Remoção de metais pesados
	Remoção de substâncias orgânicas em solução
	Remoção de substâncias inorgânicas em solução
	Remoção de substâncias inorgânicas em solução: Electrodiálise
	Remoção de substâncias inorgânicas em solução: Osmose reversa
	Remoção de substâncias inorgânicas em solução: Remoção de fósforo
	Remoção de substâncias inorgânicas em solução: Remoção de azoto
	Lamas
	A água usada pelo homem retorna ao seu ciclo
	Bibliografia