Relatório Clarificação de Águas

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Clarificação de águas
Professora Juacyara 
Alunos: 
Rio de Janeiro, 16 de novembro de 2017
 
1. Introdução
Para entender melhor o conceito de clarificação de águas precisamos falar sobre algumas características das impurezas presentes no meio a ser tratado. Uma vez que o processo visa a remoção da matéria, no caso do nosso experimento a argila, que possui caracteristicas coloidais ou encontram-se em suspensão fina.
Uma suspensão coloidal possui características específicas, como: 
O Efeito Tyndall – as partículas coloidais apresentam tamanho suficiente para espalhar a luz, isto faz com que a amostra apresente certo “brilho que será tanto maior quanto maior for a quantidade de material em suspensão coloidal. A turbidez indica a capacidade de uma amostra de espalhar a luz, perdendo a transparência.
Movimento Browniano – as partículas coloidais são dotadas de movimento irregular e caótico devido a agitação incessante das moléculas do meio em que se encontram.
Adsorção Superficial – a área das superfícies dos colóides são propícias à deposição de outras partículas. Esta retenção de substâncias na superfície é denominada adsorção.
Propriedades Eletrocinéticas – chama-se de propriedades eletrocinéticas de colóides as propriedades que estes apresentam diante de um campo elétrico; como os colóides possuem cargas elétricas (geralmente negativas) essa característica dá aos colóides a capacidade de se moverem quando sob ação de um campo elétrico. Esse fenômeno chama-se de Eletroforese.
O processo em geral consiste em três etapas: coagulação, floculação e sedimentação.
A coagulação tem por objetivo aglomerar as impurezas que se encontram em suspensões finais (ou em estado coloidal) e algumas que se encontram dissolvidas, em partículas maiores que possam ser removidas por decantação ou filtração. Como, de um modo geral, a maioria dos colóides dispersos em água, onde a faixa de pH se encontra entre 5 a 10, apresentam carga negativa, deve ser adicionado à água um eletrólito que contenha uma carga de sinal contrário à carga das partículas coloidais presentes na água. Logo, utiliza-se um agente coagulante (sal de ferro ou alumínio) que ao ser adicionado a solução aquosa sofre hidrólise liberando Al3+ ou Fe3+. Esses cátions entram em contato com as partículas suspensas, que apresentam cargas predominantemente negativas em sua superfície, desestabilizando o colóide. A desestabilização é a minimização e/ou eliminação das forças repulsivas que mantém as impurezas separadas. Enquanto que a floculação ocorre quando as partículas desestabilizadas se aproximam e colidem, formando flocos, sendo favorecida por agitação lenta. É importante destacar que as etapas de coagulação e floculação são praticamente simultâneas e interdependentes e, por este motivo, podem ser consideradas uma única etapa denominada coagulação/floculação. Por último, acontece a sedimentação que é quando a solução é deixada em repouso e as partículas floculadas vão para o fundo do recipiente.
2. Metodologia
2.1 Materias
Bécher
Água com argila
Solução de Al2(SO3)3 -[500mg/L]
Proveta
pHmetro
Agitador magnético
Jar-Test
Turbidímetro
Tubo
Solução de NaOH - [1 N]
Solução de H2SO4 - [1 N]
2.2 Métodos
2.2.1 Determinação do pH ótimo de coagulação
Para o início da prática, homogeneizou-se uma mistura de água e argila a ser tratada, que havia sido previamente preparada. Após homogeneização, mediu-se a turbidez residual da amostra, transferiu-se 300 mL da mesma para cada um dos 6 bécheres. Os bécheres com as amostras foram numerados de 1 a 6, e em cada um deles foi adicionado 18,0 mL de solução coagulante (Al2(SO4)3), de modo que a concentração final deste na mistura fosse 30mg/L. A seguir, o pH das misturas com o coagulante foram ajustados para 4,0; 5,0; 6,0; 7,0; 8,0 e 9,0, de modo que o bécher 1 ficasse com pH 4,0, o becher 2 com pH 5,0, e assim sucessivamente. Para tanto, aos bécheres foram adicionados agitadores magnéticos, de modo a promover a agitação lenta da solução para que o pH pudesse ser ajustado, e, um de cada vez, os bécheres foram colocados sobre uma placa de agitação. O ajuste do pH deu-se por gotejamento com conta-gotas das soluções de NaOH (1 N) ou H2SO4 (1 N), cada qual de acordo com a necessidade apontada pelo pHmetro. Uma vez com o pH ajustado, as misturas foram colocadas em um Jar-Test, onde foram submetidas a uma etapa de agitação rápida (112 rpm), durante 1 minuto, e uma etapa de agitação lenta (45 rpm), por 30 minutos. Findada a etapa de agitação, as amostras foram retiradas do Jar-Test, e deixadas em repouso por 30 minutos para decantação. Após o tempo de repouso, foram retiradas alíquotas das amostras para leitura da turbidez residual, e uma curva de turbidez residual x pH de coagulação foi plotada. Com os dados da curva, detectou-se o pH ótimo de coagulação para a mistura de água e argila em questão.
2.2.2 Determinação da concentração ótima de coagulante, adição de polieletrólito e tempo de sedimentação
Uma vez encontrado o pH ideal de coagulação, deu-se início a etapa de determinação da concentração ótima de coagulante, e o tempo de sedimentação. Analogamente, transferiu-se 300 mL de água a ser tratada para cada um de 6 bécheres numerados de 1 a 6. Em cada um dos bécheres foi adicionado o coagulante Al2(SO4)3 (500 mg/L) em volumes de 12 mL, 18 mL e 24 mL, de modo que no bécher de número 1 e 2 fosse adicionado 12 mL, no bécher 3 e 4, 18mL e nos bécheres 5 e 6, 24mL, obtendo uma concentração final de coagulante de 20, 30 e 40mg/L, respectivamente. Depois de adicionado o coagulante, o pH das amostras foi ajustado para o valor obtido como ótimo anteriormente (pH = 6,0), da mesma forma que na prática anterior, e novamente as misturas foram submetidas a agitação no Jar-Test, passando por 1 minuto de agitação rápida (125 rpm) e, ao final da etapa rápida, foi adicionado 0,3mL da solução de polímero (1,5g/L) aos bécheres 2, 4 e 6, de modo a se obter uma concentração final de 1,5 mg/L de solução em cada um deles. E então, prosseguiu-se com 30 minutos de agitação lenta (11rpm) no Jar-Test. Após agitação, os bécheres foram deixados em repouso por 10 minutos. Passados os 10 minutos, foram retiradas alíquotas de cada um dos bécheres para leitura da turbidez residual. O mesmo foi feito para 20 e 30 minutos. Desta forma, plotou-se a curva de turbidez residual x concentração de coagulante e avaliou-se a influência do polieletrólito no processo.
3. Resultados e Discussão
3.1 Determinação do pH ótimo de coagulação
A tabela a seguir mostra o pH obtido em cada um dos 6 bécheres e seus respectivos valores medidos de turbidez.
	Bécher
	pH
	Turbidez (NTU)
	1
	4,03
	6,30
	2
	5,00
	3,54
	3
	6,02
	1,28
	4
	7,03
	1,84
	5
	8,04
	4,01
	 6
	8,98
	7,94
Através dos dados, construiu-se o gráfico de turbidez residual x pH:
A partir da observação desses resultados, temos como pH ótimo aquele que apresentou uma maior eficiência no processo de clarificação da água, resultando em uma água mais límpida e clarificada, ou seja, o que apresenta uma menor turbidez, que foi pH = 6,03. 
3.2 Determinação da concentração ótima de coagulante, adição de polieletrólito e tempo de sedimentação
A turbidez inicial da amostra foi de 123 NTU.
A tabela a seguir, demonstra a composição de cada um dos 6 bécheres utilizados no procedimento, assim como seu valor de pH ajustado e as turbidez medidas para os tempos de 10, 20 e 30 min de decantação.
	Amostra
	Concentração de coagulante
	Presença de Polímero
	pH
	Turbidez (10 min) (NTU)
	Turbidez (20 min) (NTU)
	Turbidez (30 min) (NTU)
	1
	20 mg/L
	Ausente
	5,96
	11,1
	10,2
	9,92
	2
	20 mg/L
	Presente
	6,00
	11,4
	10,5
	9,17
	3
	30 mg/L
	Ausente
	5,98
	3,90
	3,68
	3,30
	4
	30 mg/L
	Presente
	6,00
	5,00
	4,31
	3,67
	5
	40 mg/L
	Ausente
	6,03
	2,57
	2,27
	2,22
	6
	40 mg/L
	Presente
	6,01
	3,12
	2,81
	2,39
Dos resultadosapresentados, podemos perceber, primeiramente, o que já ea esperado: em todas as amostras, o aumento do tempo de sedimentação diminui a turbidez; segundo, fazendo comparações entre as amostras em mesmo tempo de sedimentação, percebemos que quanto mais agente coagulante empregado, menor a turbidez da amostra, ou seja, maior a sedimentação das partículas de argila; dentre a faixa testada, portanto, conclui-se que a adição de mais agente coagulante acarreta maior coagulação das partículas, sem a aparência de um ponto ótimo. Contudo, a discrepância entre as amostras 1 e 2, que tinham concentração de coagulante de 20 mg/L, e as amostras 3 e 4, que tinham concentração de coagulante de 30 mg/L, é muito maior que a discrepância entre as amostras 3 e 4 e as amostras 5 e 6, que tinham concentração de coagulante de 40 mg/L, o que indica que a relação entre a eficiência do coagulante e sua concentração não é linear, logo a adição de coagulante excessiva pode, em um certo momento, não levar a uma eficiência correspondente no processo de clarificação. Isso pode ser devido ao fato que, a medida que o agente coagulante vai agindo nas cargas das partículas, há menos cargas superficiais para serem neutralizadas, semelhante a um processo de saturação da partícula em relação à ação do coagulante.
Já a adição do polieletrólito, em todas as medições, excluindo na marca de 30 minuto das suspensões com 20 mg/L de agente coagulante, indicou que a adição do polímero influencia negativamente o processo de clarificação, aumentando a turbidez. Isso deve ocorrer pois a suspensão coloidal de argila demora a sedimentar devido ao fato das partículas estarem carregadas e se repelirem, e a ação de agente coagulante neutraliza as cargas; a adição de polieletrólito deve dificultar a ação do coagulante, aumentando assim a turbidez das amostras pois a menor floculação dificultou a sedimentação.
4. Conclusão
Dados os resultados apresentados, é fácil concluir que é possível se determinar um pH ótimo para clarificação de águas através da floculação da argila por ação de um agente coagulante, interferindo nas cargas superficiais das partículas coloidais. Já a concentração de coagulante empregado não apresenta um ponto ótimo, mas a diferença observada com a adição de mais agente vai diminuindo conforme sua concentração aumenta no meio tratado. Por fim, concluímos que a adição de polieletrólito influencia negativamente o tratamento empregado, por interferir na ação do coagulante e dificultar a floculação devido à sua influência nas cargas das partículas coloidais da argila. 
5. Referências bibliográficas
Profa Jucyara. Apostila de Processos Inorgânicos Experimental - Roteiro de Aulas Práticas. Universidade Federal do Rio de Janeiro. Escola de Química. Departamento de Processos Inorgânicos.
Tratamento de água, agosto de 2017, Comusa, Dispoívem em: <http://www.comusa.rs.gov.br/index.php/saneamento/tratamentoagua>, Acessado em 15/11/2017