Clarificação e Precipitação

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Tratamento de Resíduos 
Industriais 
Coagulação,floculação e 
Sedimentação 
Precipitação Química 
 
Fabiana Valéria da Fonseca 
Tratamento primário de 
efluentes 
 
•  Equalização 
•  Neutralização (correção do pH) 
•  Flotação 
•  Coagulação e Floculação 
•  Sedimentação 
•  Precipitação química 
Clarificação 
química. 
DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS 
1 µm 10-3 µm 
Partículas 
dissolvidas 
Partículas em 
suspensão 
Partículas 
coloidais 
Processos de membrana 
• Osmose reversa 
• Nanofiltração 
Tratamento convencional 
 
 
Sistema coloidal estável 
•  Diâmetro das partículas muito pequeno (0,001-1µm ) 
•  Carga superficial prevalece a sua densidade 
•  Forças de repulsão > Forças de atração 
•  Movimento Browniano 
Coagulação e Floculação 
•  Objetivo: Remoção de sólidos suspensos coloidais 
Objetivo 
 
• Desestabilização do sistema 
coloidal; 
• Redução ou neutralização da 
carga superficial; 
Adição de coagulantes 
(Al2(SO4)3, FeCl3 ...) 
Fonte: Pastor, 2009 
Coagulação e Floculação 
Coagulação: Desestabilização do sistema coloidal 
 Adição de coagulantes (Al2(SO4)3, FeCl3, Fe2(SO4)3, ..) 
 Neutralização da carga superficial 
 
 
 
Floculação: Formação e Crescimento dos flocos 
 
 
Polieletrólitos ou Polímeros ou Floculantes: Auxiliadores da floculação 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- - - 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
+ 
+ 
+ 
+ + 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ + + + + + 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ + + + + + 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
+ + 
+ 
+ 
Partícula 
Cargas 
N- 
N+ 
Meio Aquoso 
Camada difusa Camada rígida 
Teoria da dupla camada 
Formas de desestabilização de 
um colóide 
•  Compressão da dupla camada. 
•  Neutralização de cargas. 
•  Aprisionamento em um precipitado. 
•  Pontes entre partículas. 
Dupla camada. 
Reações químicas com o 
alumínio 
Al2(SO4)3 ------>2Al3+ + 3SO2-4 
(Dissociação) 
 
 
Al3+ + 6H2O ------> Al(H2O)3+6 
Complexo 
Pausa para respirar. 
 
Vem um pouco de química por aí! 
Al3+ + H2O ßà Al(OH)2+ + H+ KAl(OH)c=10-5 
7Al3+ + 17H2O ßà Al7(OH)4+17 + 17H+ KAl7(OH)17c=10-48,8 
13Al3+ + 34H2O ßà Al13(OH)5+34 + 34H+ KAl13(OH)34c=10-97,4 
Al(OH)3(s) ßàAl3+ + 3OH- KAl(OH)3=10-33 
Al(OH)3(s) + OH- ßàAl(OH)-4 KAl(OH)4c=101,3 
2Al3+ +2H2O ßà Al2(OH)4+2 + 2H+ KAls(OH)2c=10-6,3 
[spAl] = [Al3+] + [Al(OH)2+] + 7[Al7(OH)4+17] + 13[Al13(OH)5+34] + 
[Al(OH)-4] + 2[Al2(OH)4+2] 
 
Reações de troca de ligantes 
Diagrama de solubilidade do alumínio relacionado com o sulfato de alumínio 
Diagrama de coagulação do sulfato de alumínio e sua relação com o potencial zeta 
Diagrama de solubilidade do Fe(III) 
Fonte:	
  Barbosa	
  F.,	
  O.	
  
Diagrama de solubilidade do ferro em um 
sistema aquoso 
Fonte: Ferreira Filho, S.S., 2007 
Tempo de res. : 0,5- 1,5 min 
Gradiente de velocidade: 
800-1500s-1 Tempo de res. : 5-20 min 
Gradiente de velocidade: 
20-80s-1 
INLET WATER 
COAGULANT 
HYDROCiCLONE FEEDING
 
FLOCULANT 
COAGULATION INJECTION MATURATION 
OVER FLOW 
MICRO SAND 
RECIRCULATION PUMP 
SETTLING 
CLARIFIED WATER
 
Jar test 
Agitadores Mecânicos 
Fonte: Ferreira Filho, S.S., 2007 
Agitadores Mecânicos 
Fonte: Ferreira Filho, S.S., 2007 
Floculação 
 •  Formação e crescimento dos flocos 
•  Auxiliares de floculação: Polieletrólitos (Polímeros ou Floculantes) 
 
20 
Fonte: Ferreira Filho, S.S., 2007 
Floculadores Hidráulicos 
Floculadores Mecânicos 
•  Floculador mecânico 
simplificado 
–  um agitador de eixo vertical 
com paletas horizontais, 
dividido em 4 câmaras, com 
passagem ao centro 
Fonte: Richter & Azevedo Neto (1991) 
Teste em Jarros 
Fonte: L.A.Teixeira 
Sedimentação 
 Floculenta Sedimentação 
SEDIMENTADORES 
Os sedimentadores/decandores são equipamentos usados para a separação 
sólido/líquido por sedimentação. Normalmente são retangulares ou circulares. 
 
Independente da concepção do projeto, um decantador pode ser dividido em 
quatro zonas: 
 
Zona de Entrada: Promove a distribuição uniforme do fluxo (e das 
partículas) ao longo da seção transversal da zona de sedimentação 
 
Zona de Sedimentação: É onde ocorre a sedimentação. 
 
Zona de Lodo: É a parte do decantador onde se acumulam as 
partículas (sólidos) removidos 
 
Zona de Saída: É projetada de modo a permitir a saída do efluente 
clarificado sem arrastar as partículas ou flocos sedimentados 
Perfil da Sedimentação (a) Discreta e (b) Floculenta 
Fonte:	
  Barbosa	
  F.,	
  O.	
  
DECANTADORES 
CONVENCIONAIS 
Decantadores 
Fonte: Ferreira Filho, S.S., 2007 
Decantadores 
Fonte: Ferreira Filho, S.S., 2007 
Decantadores (fluxo laminar) 
Fonte: Ferreira Filho, S.S., 2007 
Decantadores 
Fonte: Ferreira Filho, S.S., 2007 
Sedimentação Floculenta 
Propriedade da sedimentação floculenta: A dimensão física da 
partícula é alterada durante o seu processo de sedimentação 
gravitacional (floculação por sedimentação diferencial), o que 
significa dizer que a sua velocidade de sedimentação é variável. 
B 
H 
L 
1 
2 
Vh 
Vs 
Sedimentação Floculenta (Tipo II) 
B 
H 
L 
1 
2 
Vh 
Vs 
C0 
C0 
C0 
C0 
C0 
C0 
Sedimentação Floculenta (Tipo II) 
Tempo 
A
ltu
ra
 
C1,t1 
C2,t1 
C3,t1 
C4,t1 
C5,t1 
C6,t1 
t0 t1 
C1,t2 
C2,t2 
C3,t2 
C4,t2 
C5,t2 
C6,t2 
t2 
C1,tn 
C2,tn 
C3,tn 
C4,tn 
C5,tn 
C6,tn 
tn 
Sedimentação Floculenta (Tipo II) 
Tempo 
R0 
R0 
R0 
R0 
R0 
R0 
A
ltu
ra
 
R1,t1 
R2,t1 
R3,t1 
R4,t1 
R5,t1 
R6,t1 
t0 t1 
R1,t2 
R2,t2 
R3,t2 
R4,t2 
R5,t2 
R6,t2 
t2 
R1,tn 
R2,tn 
R3,tn 
R4,tn 
R5,tn 
R6,tn 
tn 
⎟
⎠
⎞⎜
⎝
⎛ −=
0
1 C
CR
R0 
R0 
R0 
R0 
R0 
R0 
Sedimentação Floculenta (Tipo II) 
Tempo 
A
ltu
ra
 
R1,t1 
R2,t1 
R3,t1 
R4,t1 
R5,t1 
R6,t1 
t0 t1 
R1,t2 
R2,t2 
R3,t2 
R4,t2 
R5,t2 
R6,t2 
t2 
R1,tn 
R2,tn 
R3,tn 
R4,tn 
R5,tn 
R6,tn 
tn 
⎟
⎠
⎞⎜
⎝
⎛ −=
0
1 C
CR
100% 
80% 60% 
50% 
40% 20% 
Sedimentação Floculenta (Tipo II) 
Tempo 
A
ltu
ra
 
t0 t1 t2 tn 
R = 1H0
. %R( ).dH
0
H0
∫
R ≅ 1H0
R5 + R4
2
"
#
$
%
&
'. H5 −H4( )+
R4 + R3
2
"
#
$
%
&
'. H4 −H3( )+...
R1 + R0
2
"
#
$
%
&
'. H1 −H0( )
)
*
+
,
-
.
REMOÇÃO DE METAIS 
Remoção de Metais 
Efluente 
Caracterização 
Precipitação Química (dependendo da 
concentraçao) 
Resinas 
Troca Iônica 
 Resinas catiônicas 
Tratamento 
primário 
Tratamento 
terciário 
Precipitação Química 
• Adição de reagente, de modo a criar condições para que 
os elementos (íons) em solução sejam removidos após a 
formação de compostos insolúveis. 
 
• Tais compostos insolúveis, representados pelos produtos 
da reação de precipitação química, são partículas sólidas 
em suspensão que são removidas por sedimentação. 
Relembrando	
  
	
  	
  
Princípio	
  do	
  produto	
  de	
  solubilidade	
  (Kps)	
  
	
  
“Em	
  uma	
  solução	
  saturada	
  de	
  um	
  eletrólito	
  pouco	
  solúvel,	
  
o	
   produto	
   das	
   concentrações	
   molares	
   dos	
   íons	
   (molL-­‐1),elevadas	
   a	
   potências	
   apropriadas	
   é	
   constante,	
   para	
   uma	
  
dada	
   temperatura,	
   independentemente	
   de	
   outros	
  
eletrólitos	
  presentes	
  na	
  solução”.(Nernst	
  1889)	
  
KPS S Tendência à precipitação química 
É a cte de 
equilibrio da 
reação de 
solubilização 
Relembrando	
  
Constante	
  do	
  Produto	
  de	
  Solubilidade	
  
Kps	
  
MA(s) 
MA(aq) 
MA(aq) M+ 
M+ 
M+ 
M+ 
M+ 
A- 
A- 
A- A- 
A- 
MA(s) ↔ M+(aq) + A-(aq) 
][
]][[
sMA
AMKeq
−+
=
Relembrando	
  
	
  
Equilíbrio	
  de	
  solubilidade	
  
	
  A	
  maioria	
  dos	
  sais	
  pouco	
  solúveis	
  encontra-­‐se	
  dissociado	
  
em	
  soluções	
  aquosas	
  saturadas.	
  	
  
Ba(IO3)2(s)	
  =	
  	
  Ba2+(aq)	
  	
  	
  +	
  	
  2IO3-­‐	
  
[ ] 2 23 2 3Ba(IO ) ( ) [Ba ][IO ]psK s K + −= =
[ ]
2 2
3
3 2
[Ba ][IO ]
Ba(IO ) ( )
K
s
+ −
=
	
  	
  
Produto de Solubilidade e Solubilidade 
Ex.: ZnS 
 
S representa a solubilidade (em molL-1) do ZnS em água 
 
1ZnS(s) ↔ 1Zn2+ + 1S2- 
 
Como um mol de Zn+ é formado para cada mol de ZnS 
a Solubilidade do ZnS = [Zn2+] e sei que [Zn2+] = [S2-]: 
 
Kps = [Zn2+] [S2-] 
 Kps = S S 
 
Kps = S2 
 KpsS =
Relembrando	
  
	
  
Relembrando	
  
	
  
	
  	
  
Kps e formação de precipitado 
 	
  
Kps de um eletrólito pouco solúvel estabelece o critério para a 
formação de um precipitado. 
 
Kps → constante para uma dada temperatura. 
 
 Se o produto das concentrações molares dos íons, com 
seus expoentes correspondentes (Q), é menor que Kps a 
solução não está saturada, ou seja, não haverá formação de 
precipitado. 
Produto	
  iônico	
  
Define-­‐se	
  produto	
  iônico	
  a	
  par@r	
  das	
  concentrações	
  iniciais:	
  
Q = Zn2+!" #$0 S
2−!" #$0
Q < Kps Solução insaturada Não precipita 
Q = Kps Solução saturada - 
Q > Kps Solução sobresaturada Formação de precipitado 
Relembrando	
  
	
  
	
  	
  
Kps e formação de precipitado 
 	
  
Exemplo 
 
 
Qual a concentração de íon sulfeto necessária para iniciar a 
precipitação de FeS em uma solução 1,0x10-4 molL-1 em Fe2+
(Kps= 5x10-18). 
Solução:	
  
a)  FeS	
  ↔	
  Fe2+	
  +	
  S2-­‐	
  
b)  Kps	
  =	
  [Fe2+]	
  [S2-­‐]	
  
c)	
  	
  	
  	
  	
  [Fe2+]	
  =	
  1,0x10-­‐4	
  
d)  [S2-­‐]	
  =	
  Kps/1,0x10-­‐4	
  =	
  5,0x10-­‐14	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  saturação	
  da	
  solução	
  
	
  
Portanto, para precipitar FeS é necessário que a [S2-­‐]	
  >	
  5,0x10-­‐14	
  
	
  
	
  
Relembrando	
  
	
  
Produto de Solubilidade e Solubilidade 
Relembrando	
  
	
  
Precipitação	
  de	
  Metais	
  em	
  Efluentes	
  
•  Hidróxidos	
  
•  Carbonatos	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  Depende	
  do	
  Kps	
  
•  Sulfetos	
  
Precipitação	
  de	
  Metais	
  
—  Precipitação de hidróxidos 
Principais reagentes: Ca(OH)2 e NaOH 
Ex: Zn2+ + Ca(OH)2 + HCO3- Zn(OH)2 + Ca CO3 + H+ 
Precipitação	
  de	
  Metais	
  
—  Precipitação de carbonatos 
Principais reagentes: Na2CO3 (barrilha) ou CO2 (borbulhamento) 
Ex: Pb2+ + CO32- PbCO3 
Necessidade de ajuste do pH de precipitação 
Deve ser considerada a distribuição das espécies do sistema carbonato 
CO2 (g) + H2O H2CO3 
 
H2CO3 H+ + HCO3- HCO3- H+ + CO32- 
 pK1= 6,37 pK2= 10,32 
 
 
Produtos de solubilidade e diagramas 
de precipitação de carbonatos de 
metais 
Precipitação	
  de	
  Metais	
  
—  Precipitação de sulfetos 
Principais reagentes: Na2S (sulfeto de sódio) e H2S (g) borbulhamento 
Ex: Hg2+ + S2- HgS (s) 
 
Deve-se considerar a distribuição das espécies em função do pH 
 
H2S = H+ + HS- pK1= 7,05 
HS- = H+ + S2- pK2= 12,92 
 
FAIXAS DE pH DE PRECIPITAÇÃO DE 
METAIS 
 
 
 
 FIM