PROCESSOS DE TRATAMENTO DE ÁGUA OZONÓLISE, TROCA IÔNICA E ADSORÇÃO

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PROCESSOS DE TRATAMENTO DE ÁGUA: OZONÓLISE, TROCA IÔNICA E ADSORÇÃO.
INTRODUÇÃO
	A água é um dos elementos mais importantes (senão o mais importante) para o ser humano. Precisamos de água para diversas atividades e também para a manutenção do nosso corpo. 
A qualidade dessa água depende do uso que se destinará a mesma. Para o consumo humano existem padrões que devem ser seguidos para preservar a saúde da população; para consumo das indústrias o padrão é outro, porém, dependendo do produto final da indústria essa água deve ser extremamente pura. Visando essa qualidade que são desenvolvidos uma variedade de métodos para o tratamento da água, desde os métodos mais primários até aqueles que envolvem processos mais elaborados.
Esses procedimentos são indispensáveis para retirar as impurezas da água e evitar os problemas acarretados por elas. O tratamento preliminar primeiramente atua nas impurezas mais grosseiras, como turbidez, sólidos em suspensão e materiais orgânicos. Após isso, dependendo da necessidade, aplicam-se tratamentos mais elaborados para eliminação das substancias dissolvidas.
Neste trabalho serão discutidos três métodos mais elaborados para tratamento de água, aplicados na indústria.
OZONIZAÇÃO
Nas últimas décadas, a utilização da tecnologia de ozonização tem crescido amplamente. Mais de trezentas estações de tratamento já têm sido projetadas e construídas para fazerem uso desta técnica em diversas aplicações como: desinfecção; remoção de cor, sabor e odor; remoção de ferro e manganês; controle de algas entre outras.
Pode-se atribuir esse crescimento a mudança na regulamentação da qualidade de água da EPA (United States Environmental Protection Agency), onde a cloração já comumente feita, passa a não mais atingir tais exigências. Além disso, outros fatores como: o avanço tecnológico que permitiu a diminuição dos custos de implantação e de operação do ozônio (apesar de ainda ser um processo de alto custo); a capacidade do ozônio em oxidar diversos compostos orgânicos e inorgânicos e inativar vírus, bactérias e protozoários principalmente, contribuíram também para esse aumento no uso.
	Abaixo mostra-se uma tabela com um resumo das aplicações do ozônio.
Tabela 1 – Resumo das aplicações do ozônio no tratamento de águas.
	Uso
	Modo de utilização
	Desinfecção e Controle de Algas
	Biocida
	Oxidação de Ferro e Manganês
	Oxidante Clássico
	Oxidante de Micro Poluentes Orgânicos
Sabor e Odor
Compostos Fenólicos
Pesticidas
	
Oxidante Clássico
Oxidante Clássico
Oxidante Clássico
	Oxidação de Macro Poluentes Orgânicos
Branqueamento de Cor
Aumento da Biodegradabilidade
Destruição de precursores da formação de subprodutos da cloração
	
Oxidante Clássico
Como pré-tratamento
Como pré-tratamento
	Auxiliar dos Processos de Coagulação/Floculação
	Como pré-tratamento
Propriedades físico-químicas do ozônio e sua produção
	Falando de maneira simplificada sobre as propriedades do ozônio, constitui-se de três átomos de Carbono unidos por ligações simples e duplas, formando um híbrido de ressonância. É um gás instável de cor azul e é cerca de 1,5 vezes mais denso que o oxigênio, e 14 a 20 vezes mais solúvel em água. É também tóxico e altamente reativo com alto poder oxidante.
	Existem diversas técnicas de geração de ozônio entre elas, destaca-se a descarga corona que consiste na passagem do gás contendo oxigênio através de dois eletrodos separados, aplicando-se uma tensão variante entre 8 e 20 kV.
Mais detalhadamente, a descarga corona produzida entre os eletrodos é composta de elétrons com energia suficiente para promover a dissociação das moléculas de oxigênio em seus átomos de origem. Cada átomo de oxigênio livre reage rapidamente com uma molécula de O2 para formar o ozônio.
O2 + e 2O* + e
O* + O2 O3
A taxa de dissociação depende principalmente da distribuição da energia corona, da temperatura e da taxa de fluxo do gás na entrada do gerador de ozônio.
O ozônio pode também ser obtido por meio da luz ultravioleta (UV), semelhante a reação ocorrida na estratosfera. Esse procedimento tem rendimento menor, porém, para pequenas plantas são vantajosos devido ao baixo custo e facilidade de manutenção. 
O2 + UV-C 2O
O* + O* O2
O + O2 O3 + calor
O gás oxigênio reage com a luz ultravioleta pois a mesma tem a energia necessária para a síntese. 
Comportamento químico do ozônio na água
A reação do ozônio com as substancias presentes em águas naturais pode ocorrer por dois mecanismos distintos: pela via direta e pela via indireta.
Na via direta, a própria molécula de ozônio decompõe-se espontaneamente gerando o radical hidroxila. É necessário que haja uma substancia iniciadora que, reagindo com o O3, forma o íon superóxido (O2-). Este íon por sua vez, reage com o O3 e o decompõe. Em uma segunda etapa ocorre a regeneração do íon superóxido a partir do radical livre hidroxila que é um subproduto formado durante a decomposição do ozônio. Essas reações continuam acontecendo desde que haja concentração suficiente de promotores na solução. Quando os radicais hidroxila são consumidos, íons carbonatos e bicarbonatos naturalmente presentes na água, inibem a decomposição do O3.
Na via indireta, as reações são praticamente as mesmas o que muda é que a oxidação dos compostos orgânicos e inorgânicos é feita pelos produtos obtidos da decomposição do ozônio, principalmente devido aos radicais hidroxila. Então, a oxidação não é feita diretamente pela molécula de O3, por isso dá-se o nome de indireta. Essa via é ativada por íons hidroxila, peróxido de hidrogênio ou radiação ultravioleta, formando íons a partir do ozônio.
A preferência por uma das vias depende das características da água a ser tratada. Concentrações altas das substâncias iniciadoras como íons hidroxila, íons hidroperóxidos (HO2-), alguns cátions e substâncias húmicas; promovem a reação pela rota dos radicais livres e consomem rapidamente o ozônio. Enquanto que concentrações altas das substâncias inibidoras promovem a reação pela rota direta. 
RESINAS DE TROCA IÔNICA
	É um tratamento complementar feito para a remoção dos íons dissolvidos na água que causam problemas como cálcio, magnésio, sílica, entre outros.
	Nele utilizam-se as chamadas resinas de troca iônica, que são polímeros insolúveis contendo grupos funcionais na sua superfície capazes de realizar reações de troca iônica com os cátions ou ânions presentes na água. 
	Essas resinas são constituídas na sua maioria por copolímeros de estireno com divinilbenzeno, na forma de pequenas esferas porosas. Após a polimerização, grupamentos ácidos ou básicos podem ser inseridos nos núcleos do benzeno dos monômeros, dando assim uma utilidade específica às resinas. 
	Podem ser tipo gel ou macroporos. A estrutura molecular é obtida por polimerização e a diferença está apenas na porosidade. O tipo gel tem porosidade reduzida à distância intermolecular (microporo) e o tipo macroporo é formada adicionando uma substância que produz o efeito.
	Podem também ser monofuncionais, se tiverem apenas um tipo de radical, ou polifuncionais se a molécula tiver vários tipos de radicais intercambiáveis.
	Tanto os grupamentos ácidos ou básicos das resinas, não se comportam como ácidos e bases em soluções aquosas que se dissociam e produzem duas espécies iônicas. Nas resinas catiônicas, somente uma espécie é dissociada, Na+ ou H+ e nas resinas aniônicas mais frequentemente a hidroxila fica dissociada. Os demais grupamentos ficam ligados às cadeias de estireno e divinilbenzeno.
	Existem duas classificações básicas para as resinas: 
Catiônicas que trocam cátions como Ca2+, Mg2+, Na+, H+ e se subdividem em:
Fortes: são produzidas por sulfonação do polímero com ácido sulfúrico, o grupo funcional é o ácido sulfônico, estas resinas trabalham em qualquer pH, separam todos os sais e requerem de uma quantidade elevada de regenerante. Esta resina éescolhida para quase todas as aplicações de abrandamento de água;
Fracas: o grupo funcional é um ácido carboxílico presente em um dos componentes, principalmente o ácido acrílico ou metacrílico. Este tipo de resina é altamente eficiente e não precisa de uma quantidade elevada de regenerante, estas resinas tem uma menor capacidade de troca iônica devido à variação na velocidade do fluxo e a baixas temperaturas.
Aniônicas que trocam ânions como Cl-, OH-, SiO32- e se subdividem em:
Fortes: são obtidas a partir da reação de estireno-DVB com aminas terciárias. O grupo funcional é o sal de amônio quaternário. Os dois grupos principais destas resinas podem ser Tipo 1 (tem três grupos metilas) e as de tipo 2 (um grupo etanol substitui um dos grupos metil).
Fracas: resinas funcionalizadas com grupos de amina primária, secundária e terciária. Podem ser aplicadas na adsorção de ácidos fortes com boa capacidade, mas sua cinética é lenta.
	Utilizadas há décadas em processos de desmineralização de água, abrandamento, polimento de condensado, pré-tratamento de água para caldeiras e processos industriais, as resinas trocadoras se deterioram naturalmente com o uso, mas o processo pode ser acelerado por agentes externos tais como oxidantes ou outros contaminantes. Práticas inadequadas de operação também podem acelerar a deterioração da resina e diminuem a qualidade da água produzida.
	Uma resina de troca iônica pode ter sua vida útil superior a 10 anos, desde que o projeto e a operação dos sistemas estejam adequados. Para o cálculo da resina, da quantidade e do sistema de regeneração é preciso conhecer a água que se vai tratar e a finalidade ou uso a que se destina.
	O processo em si de troca iônica, consiste em passar a água a ser tratada por um ou mais leitos dessas resinas, as quais retêm os íons de interesse. Porém chega um momento onde a superfície fica saturada devendo ser regenerada adequadamente.
	Dependendo da finalidade, processos de troca iônica podem ser:
Abrandamento
	Consiste na remoção de cálcio e magnésio da água. Faz uso de resinas que trocam íons sódio ou hidrogênio. É um processo parcial de troca iônica, sendo feito quando a água a ser tratada passa por um leito de resina catiônica forte, no ciclo sódio. Os íons Ca2+ e Mg2+, solúveis na água, são retidos no grupamento do ácido sulfônico e os íons sódio da resina são liberados para a água. Quando todos os íons sódio presos ao grupamento do ácido sulfônico foram trocados por cálcio e magnésio, a resina se encontra no estado saturado e necessita, então, ser regenerada. Após saturação do leito, a regeneração é feita com cloreto de sódio ou ácido clorídrico ou algumas vezes ácido sulfúrico. Há os abrandadores que são vasos de pressão geralmente construídos em aço carbono revestido ou fibra de vidro, e em seu interior são inseridas as resinas catiônicas responsáveis pela remoção da dureza. Muitas das vezes têm o sistema de regeneração automático já que está e uma etapa importante e delicada do processo.
Desmineralização 
	Trata-se de um processo completo, removendo os íons positivos e negativos da água e deixando-a praticamente isenta de materiais dissolvidos. No método de desmineralização por colunas separadas há na primeira coluna uma remoção total dos cátions presentes da água. Esta coluna contém resina catiônica fortemente ácida em ciclo hidrogênio, onde os cátions existentes na água bruta são retidos nas resinas e liberam o cátion H+.
	Após a substituição, a água passa a conter apenas o cátion H+. Em seguida, uma “água ácida”, passa para a segunda coluna. Esta irá conter uma resina aniônica trabalhando no ciclo hidróxido que removerá todos os ânions existentes, como sílica e gás carbônico dissolvido, substituindo-os pelo ânion hidroxila que, em combinação com o cátion H+, formará uma molécula de água. Este procedimento é capaz de remover a sílica e silicatos solúveis, além de carbonatos, sulfatos e até cloretos. Após saturação do leito, normalmente é feita regeneração com soda cáustica (NaOH). Eventualmente, após o leito aniônico, a água poderá ainda passar por um leito misto de resinas, garantindo maior pureza da mesma. Deste modo, elimina-se grande parte dos sais presentes na água, tornando-a equivalente à água destilada, eliminando assim os problemas de incrustações, cristalizações e corrosões. 
ADSORÇÃO
	Segundo o dicionário Priberam, adsorção é o processo pelo qual moléculas ou íons de um fluido são atraídos ou retidos numa superfície geralmente sólida. Entendendo isso, podemos dizer que a adsorção é um fenômeno de superfície onde a concentração de uma substância aumenta em uma determinada região de interface. Pode ocorrer em todos os tipos de interface, seja gás-sólido, solução-gás, solução-sólido, entre duas soluções, etc.
	Existem duas formas principais de adsorção, a física e a química. 
	Entende-se por adsorção física aquela que ocorre por meio de forças físicas, ou seja, as moléculas ou átomos se aderem à superfície do adsorvente (substância onde ocorre o processo), por meio das forças de Van der Waals (ligações intermoleculares de longo espectro, porém fracas e incapazes de formar ligações químicas). Esse tipo de adsorção é um processo reversível que mantém as características originais da molécula adsorvida.
	Já na adsorção química as moléculas ou átomos utilizam de ligações químicas, geralmente ligações covalentes, para se aderirem à superfície do adsorvente. O tipo de ligação dependerá da natureza das substâncias envolvidas, e formam um composto químico de superfície ou complexo de adsorção. É um processo mais específico, pois necessita de uma interação bem direcionada entre o adsorvente e a substância; e tende a alterar as propriedades naturais das substâncias.
	 O adsorvente mais utilizado é o carvão, formado por cadeias de carbono onde em suas extremidades podem conter vários elementos, sendo mais comumente encontrados grupos funcionais como carbonila, carboxila, hidroxila e enóis. Existem diversos tipos de carvão os mais utilizados são o mineral, vegetal e ativado; suas diferenças estão na forma de obtenção, na porosidade e na área superficial.
	Usa-se o carvão ativado para processos que precisam de maior eficiência na adsorção. Esse tipo de carvão é gerado na carbonização em atmosfera inerte de materiais lignocelulósicos (tais como madeira, bagaço de cana-de-açúcar, casca de coco, palha de milho, casca de arroz, entre outros), seguida de tratamento térmico e/ou químico. Sua ativação é feita pela retirada de resíduos orgânicos que podem estar obstruindo os poros, e como resultado obtém-se um carvão mais poroso, ou seja, com maior área superficial. É importante destacar que se podem obter diferentes tamanhos de poros mudando-se a temperatura, o material de origem e as condições de ativação. Na ativação química costuma-se utilizar os seguintes reagentes: cloreto de zinco, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, hidróxido de potássio e hidróxido de sódio. E na ativação física geralmente, utiliza-se água e gás carbônico.
CONCLUSÃO
 	A escolha dos processos de purificação depende principalmente do nível de qualidade que se deseja para essa água. É claro que na indústria nem sempre será escolhido o processo de melhor eficiência, mas sim aquele que tenha um menor custo. O ideal é associar o custo com o benefício e montar a planta que melhor se enquadra nos padrões exigidos.
	A tecnologia desses processos tem avançado muito e ainda avançará mais. Quanto maior a necessidade de conforto e saúde, maior será a procura e pesquisa por melhorias e novos métodos. 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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