Desinfecção por Cloração

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Aula 08: Desinfecção - Cloração
Baseado em: Luiz Di Bernardo, 2005. 
Prof. Mauricio Barreto, Dr.
DESINFECDESINFECÇÇÃOÃO
CloraCloraççãoão
Professor
Francisco Mauricio de Sá Barreto, Dr.
barreto@ifce.edu.br 
Departamento: Construção Civil
Curso: Saneamento Ambiental
Disciplina: Saneamento ISaneamento I
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I. Considerações
� Desinfecção: processo que usa um agente químico ou não 
químico e objetiva a inativação de microrganismos patogênicos 
presentes na água, incluindo bactérias, protozoários e vírus, além
de algas, por meio da ocorrência de um ou mais dos seguintes 
mecanismos:
- destruição da estrutura celular;
- interferência no metabolismo com inativação de enzimas;
- interferência na biosíntese/crescimento celular, evitando a síntese 
de proteínas, ácidos nucléicos e co-enzimas. 
� Desinfecção: processo seletivo, isto é, não destrói todas as formas 
vivas e tampouco elimina todos os organismos patogênicos. 
- Destruição completa de todas as formas de vida: esterilização.
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� Dentre os principais desinfetantes usados nas ETA’s para consumo 
humano destaca-se o cloro.
� Últimas décadas e atualmente: tem crescido o interesse pelo uso de 
desinfetantes alternativos, em decorrência da possibilidade da 
formação de subprodutos da desinfecção, como os trialometanos, 
ácidos haloacéticos, haloacetonas, aldeídos, etc., compostos 
halogenados que podem causar risco à saúde pública e verificados 
quando o cloro livre está presente e a água contém os chamados 
precursores, normalmente MON (em geral substâncias húmicas).
� Estratégia para a escolha de um desinfetante/oxidante ou da 
combinação de alguns deles depende essencialmente da qualidade da 
água bruta (especialmente da concentração de COD e de brometos), 
principalmente quando a pré-oxidação (pré-desinfecção) for 
necessária. 
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� Principais subprodutos e residuais da desinfecção:
� Residuais de desinfetantes: 
- cloro livre: acido hipocloroso, íon hipoclorito;
- cloraminas: monocloramina;
- dióxido de cloro.
� Subprodutos inorgânicos: 
íons clorato, clorito, peróxido de hidrogênio, bromato e iodato, 
amônia.
II. Formação de subprodutos e residuais dos desinfetantes
� No caso da desinfecção final, a escolha do agente deve garantir a 
produção de água tratada e isenta de organismos patogênicos.
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� Subprodutos halogenados:
- Comumente formados quando a água apresenta MON que reage 
com o cloro ou bromo livre. 
� Cl livre: geralmente introduzido como desinfetante (pré ou pós) e o 
Br livre resulta da oxidação do íon brometo quando presente na água. 
� Subprodutos da oxidação de compostos orgânicos: 
haloaldeídos, ácidos carboxílicos, carbono orgânico assimilável. 
� Subprodutos orgânicos halogenados: trialometanos (clorofórmio, 
bromofórmio, etc.), ácidos haloacéticos, haloacetonas, halofenóis, 
etc. 
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� A formação dos SPDs depende principalmente:
- tipo de desinfetante;
- dosagem aplicada e residual;
- natureza da MON e sua concentração (substâncias húmicas);
- presença de íon brometo;
- temperatura;
- concentração de nitrogênio orgânico e de nitrato;
- tempo de contato e pH.
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� Remoção dos precursores (COT e COD) reduz consideravelmente 
a formação de SPDs. 
III. Subprodutos formados em água com substâncias húmicas
Quando a desinfecção é realizada com Cl livre, a seguinte equação 
pode ser escrita sobre a formação de TAM e outros SPD 
halogenados quando há presença de MON e brometos. 
HOCl + BR + MON ���� TAMs + outros SPDs
� A MON principal precursor com o qual os halogênios reagem 
para formar esses subprodutos. 
� Na ausência de brometos, somente SPD clorados são formados, 
enquanto na presença destes, o HOCl os oxida rapidamente a ácido 
hipobromoso, o qual juntamente com o residual de HOCl, forma os 
compostos que possuem cloro e bromo. 
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IV.Controle da formação de SPDs halogenados
� De acordo com a portaria 518/2004-MS o teor máximo de TTAM 
é de 100 µg/L.
� Para controlar a formação de SPDs ou removê-los, tem sido 
sugerido as seguintes alternativas:
- controle no manancial;
- remoção dos precursores: melhorar a coagulação, usar carvão 
ativado granular, filtrar em membranas;
- uso de oxidantes e desinfetantes alternativos: ozônio, dióxido de 
cloro, permanganato de potássio, peróxido de hidrogênio e ozônio, 
radiação ultravioleta;
- extração por meio de aeração.
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CLORO
I. Considerações
� Nas condições atmosféricas normais o cloro é um gás amarelo 
esverdeado, facilmente detectável pelo seu cheiro extremamente 
irritante e penetrante. 
� O cloro tem grande afinidade com muitas substâncias, reagindo 
com quase todos os elementos e com a maioria dos compostos 
orgânicos e inorgânicos. 
� Sua produção resulta da eletrólise do cloreto de sódio na água. 
Além do cloro gasoso, é comum o uso de sal de cloro, 
principalmente hipoclorito de sódio e do hipoclorito de potássio.
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II. Principais vantagens do cloro:
- inativa eficientemente grande quantidade de microrganismos 
patogênicos na água;
- produz residual na água facilmente medido e controlado;
- é facilmente encontrado no mercado a custos razoáveis;
- manuseio relativamente simples e aplicação segura;
III. Os principais usos do cloro:
- controle de sabor e odor;
- prevenção do crescimento de algas nas unidades da ETA;
- oxidação do Fe e Mn;
- destruição do sulfeto de hidrogênio;
- redução da cor e controle no crescimento de filmes biológicos nas 
tubulações.
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IV. Principais desvantagens do cloro
- Estão associadas ao fato de cloro livre reagir com diversos 
compostos orgânicos e inorgânicos presentes na água para formar 
subprodutos indesejáveis e, em dosagens relativamente altas, 
causar sabor e odor.
V. Ação do cloro na água
� A desinfecção pode ser o principal ou o único objetivo da 
cloração quando a água a ser tratada não recebeu qualquer forma 
de poluição (ou contaminação). 
� No entanto, no caso de águas com qualidade inferior, como as 
poluídas, a cloração pode ser empregada com um objetivo 
adicional, aproveitando a ação oxidante do cloro, desde que a água 
não apresente precursores da formação de compostos tóxicos ao ser 
humano – Ex. Trialometanos. 
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� Na água o cloro age de duas maneiras:
- como desinfetante, para destruir/inativar microrganismos 
patogênicos, algas e bactérias de vida livre, especialmente as ferro-
redutoras do gênero Crenothrix;
- como oxidante de compostos orgânicos e inorgânicos.
� Considerando a água isenta de impurezas, ocorre a seguinte 
reação:
Cl2 + H2O ↔↔↔↔ HClO + H+ + Cl-
� Dependendo do pH da água, o HClO (acido hipocloroso) se 
dissocia, formando o ClO- (íon hipoclorito), segundo a reação:
HClO ↔↔↔↔ ClO- + H+ + Cl-
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� Para valores de pH maiores que 6, diminui a concentração de 
HClO e aumenta a de ClO-. 
� O pH das águas naturais e da água filtrada de uma ETA encontra-
se normalmente na faixa em que há presença tanto do HClO quanto 
do ClO-. 
� Ambos os compostos apresentam ação desinfetante e oxidante, 
porém o HClO é mais eficiente que o ClO- na inativação de 
microrganismos em geral.
� A medida do poder do poder de oxidação de um composto de 
cloro, expresso em termos de cloro elementar, é denominada cloro 
residual livre. 
� O cloro presente na forma de HClO e de ClO- é denominado 
cloro residual livre.
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VI. Ação do cloro na água contendo amônia
� O cloro livre combina-se com a amônia e compostos amoniacais 
presente na água, formando compostos clorados ativos, como as 
cloraminas. 
� Quando a amônia é de origem orgânica, as cloraminas orgânicas 
formadas apresentam pequeno poder de destruição e inativação de 
microrganismos.
� Quando a amônia é de origem inorgânica (sulfato de amônia, 
cloreto de amônia, amônia gasosa, etc.) há formação de cloraminas 
inorgânicas, as quais podem ser usadas como desinfetantes em 
algumas situações. 
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� O teor de cloro na forma de cloraminas inorgânicas é denominado 
cloro residual combinado. 
� A adição de cloreto de amônia numa água “pura”, observou-se que 
o cloro, na forma de HClO, combinava-se com a amônia, formando 
monocloramina (NH2Cl), dicloramina (NHCl2) e tricloramina
(NCl3).
HClO + NH3 (aq) ↔↔↔↔ NH2Cl + H2O
HClO + NH2Cl ↔↔↔↔ NHCl2 + H2O 
HClO + NHCl2↔↔↔↔ NCl3 + H2O 
� As reações de formação das cloraminas são governadas: pH da 
água, relação cloro/amônia e tempo decorrido após a adição de Cl em 
água contendo amônia. Com a diminuição do pH e aumento da 
relação Cl/amônia, a molécula de amônia torna-se mais clorada, na 
seqüência:
NH3↔↔↔↔ NH2Cl↔↔↔↔ NHCl2 ↔↔↔↔ NCl3.
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� Dentre as cloraminas, a dicloramina é a de maior poder de 
desinfecção, porém sua formação, assim como a de tricloramina, não 
é desejável, pois tais compostos conferem sabor e odor à água, 
dificultando sua ingestão pelo ser humano.
� A monocloramina é obtida poucos segundos para valores de pH 
entre 7 e 9 e para relação de cloro/amônia menores do que 5. 
� A formação de dicloraminas é maximizada para valores de pH 
entre 4,4 e 6,0 e para relação de cloro/amônia entre 5 e 7,6.
� A dicloramina é relativamente instável e tende a decompor-se para 
valores de cloro/amônia superiores a 7,6.
� a formação de tricloraminas ocorre somente para valores de pH 
muito baixos (< 4,5) e para relação de cloro/amônia superior a 7,6.
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VII. Cloração ao breack Point
� Quando a água a ser tratada apresenta N amoniacal é
predominante a formação de monocloramina para Cl/amônia < 5. 
� Com o aumento da dosagem de Cl aplicado na água, de modo 
que a relação Cl/amônia permaneça inferior a 7,6, resulta uma 
mistura de monocloraminas e dicloraminas, onde parte do N 
amoniacal é oxidado pelo Cl a NO3- e N2, sendo que a soma dos 
teores residuais de Cl nessas condições resulta inferior à dosagem 
de Cl aplicada. 
� Para Cl/amônia = 7,6, ocorre, teoricamente, a oxidação de toda 
amônia disponível.
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� A dosagem de Cl para qual ocorreria a oxidação de toda amônia 
disponível é denominada dosagem ao breack point, pois daí em 
diante, com aumento da dosagem de Cl aplicado, há aumento 
correspondente do teor de Cl residual livre (gráfico).
� Com o aumento da dosagem de Cl aplicado há diminuição da 
concentração de N amoniacal, porém a soma do N amoniacal 
remanescente com o N das cloraminas permanece constante. 
� O ponto máximo da curva acontece quando toda a amônia 
disponível foi combinada com o Cl aplicado, formando cloramina. 
� Com o aumento da dosagem de Cl aplicado, as cloraminas são 
oxidadas e destruídas, configurando o ramo descendente da curva. 
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� O ponto correspondente à concentração mínima de Cl residual, 
referente á dosagem no breack point, é atingido quando há
destruição total das cloraminas.
� No ramo ascendente/descendente da curva, antes da ocorrência 
do breack point, o Cl residual se encontra na forma combinada. 
� Quantidades adicionais de Cl dosado aparecerão como Cl 
residual livre, já que foi satisfeita toda demanda de Cl na água.
� Denomina-se demanda de Cl a diferença entre a dosagem de 
cloro aplicado e a concentração de Cl residual disponível, no final 
de um período especificado. 
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� A medida do Cl residual disponível corresponde a medida do Cl 
residual total (livre e combinado) em termos de Cl elementar.
� Quando se deseja realizar a cloração com Cl combinado, técnica 
também conhecida como cloro-amoniação, por meio de aplicação 
de amônia inorgânica e do Cl em água isenta de matéria orgânica 
nitrogenada, a concentração de cloro residual deve estar 
relacionada ao ramo ascendente da curva do cloro residual.
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- - - = Derivado clorado adicionado em água sem matéria orgânica e substâncias amoniacais.
A-B = Formação de cloraminas.
B-C = Decomposição de cloraminas, por excesso de cloro.
FIGURA 1- Cloração acima do ponto de quebra.