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Saneamento Ambiental - Desinfecção

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Cursos: Bacharelado em Engenharia Civil – Tecnologia em Saneamento Ambiental 
Disciplina: Saneamento I - Prof. Mauricio Barreto, Dr. 
Aula 08: Desinfecção - Cloração 
Baseado em: Luiz Di Bernardo, 2005. 
DESINFECÇÃO 
Cloração 
 
Professor 
Francisco Mauricio de Sá Barreto, Dr. 
barreto@ifce.edu.br 
Departamento: Construção Civil 
Cursos: Tecnologia em Saneamento Ambiental 
 Bacharelado em Engenharia Civil 
Disciplina: Saneamento I 
Cursos: Bacharelado em Engenharia Civil – Tecnologia em Saneamento Ambiental 
Disciplina: Saneamento I - Prof. Mauricio Barreto, Dr. 
Aula 08: Desinfecção - Cloração 
Baseado em: Luiz Di Bernardo, 2005. 
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. 
 
 Considera-se que a eficiência da desinfecção resulte da oxidação 
ou da ruptura da parede celular, com consequente desintegração 
das células, e da difusão de um agente no interior da célula, o qual 
interfere na sua atividade. 
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Aula 08: Desinfecção - Cloração 
Baseado em: Luiz Di Bernardo, 2005. 
 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. 
 
 Agentes químicos utilizados na desinfecção: os oxidantes cloro, 
bromo, iodo, dióxido de cloro, ozônio, permanganato de potássio, 
peróxido de hidrogênio, ácido peracético, ferrato de potássio, e os 
íons metálicos prata e cobre. Agentes físicos: calor e a radiação 
ultravioleta. 
 
 Características dos desinfetantes: 
- Destruir, em tempo razoável, os organismos patogênicos na 
quantidade em que se apresentam e nas condições da água; 
- Não ser tóxicos ao ser humano e aos animais domésticos e, nas 
dosagens usuais, não causar sabor e odor nas águas; 
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Aula 08: Desinfecção - Cloração 
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- Ser disponível a custo razoável e oferecer condições segura de 
transporte, armazenamento, manuseio e aplicação na água; 
- Ter sua concentração na água medida de forma rápida por meio de 
métodos simples e confiáveis; 
- Produzir residuais persistentes na água, assegurando, desse modo, 
a qualidade da água contra eventuais contaminações nas diferentes 
partes do sistema de abastecimento. 
 
 Dentre os principais desinfetantes usados nas ETA’s para consumo 
humano destaca-se o cloro. 
 
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Bactéria 
Bactéria 
Protozoário 
Bactéria 
Protozoário 
Vírus 
Vírus 
Protozoário 
 
Bactéria e 
outros. 
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• Inativação dos microrganismos patogénicos e eficácia da 
desinfecção. 
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 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). 
 Halogênios: Flúor (F), Cloro (Cl), Bromo (Br), Iodo (I) e Astato 
(At). 
 Com base nas suas solubilidades em meio aquoso as substências 
húmicas (SH) são usualmente classificadas em: 
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Triclorometano ou clorofórmico 
CHCl3 
Bromodiclorometano 
CHBrCl2 
Iodobromoclorometano 
CHClBrI 
Dibromoclorometano 
CHBr2Cl 
Tribromometano ou bromofórmio 
CHBr3 
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 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. 
 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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 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 
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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 THM e outros SPD 
halogenados quando há presença de MON e brometos. 
 
HOCl + BR + MON  THMs + 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 2914/2011-MS o teor máximo de 
TTAM (clorofórmio, dicloroetano, dibromocloroetano e 
bromofórmio) é de 100 g/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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1. Efeito do tempo 
 
• A formação dos THMs em condições naturais não é instantânea. 
Em algumas circunstâncias a sua formação pode completar-se em 
menos de uma hora, em outra situação é possível que se exijam 
vários dias antes de que ocorra a máxima produção de THMs. 
 
• A reação se faz menos lenta quando aumenta a temperatura ou o 
pH, e em presença de brometos. 
 
• Uma grande parte dos THMs que chega ao consumidor são 
produzidos no sistema de distribuição onde o contato do cloro 
livre com os precursores ocorre por um longo período de tempo. 
V. Principais fatores que influem na formação dos THMs 
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2. Efeito da temperatura 
 
• Existe uma dependência típica da temperatura que, a cada 10º C 
de incremento, eleva ao dobro a taxa de formação de THM. 
 
• As variações sazonais, no que se refere a produção de THM, 
observada em estações de tratamento que utilizam a mesma 
fonte de água são, em grande parte, efeito da temperatura. 
3. Efeito do pH 
 
• Foi comprovado que a taxa de formação de THM depende do pH. 
Em geral a formação se eleva com o incremento do valor de pH 
para as reações entre o cloro livre e a maioria dos precursores. 
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• Os resultados de várias investigações têm mostrado uma forte 
dependência do pH; um incremento do triplo da formação, por cada 
unidade do aumento do pH. 
 
• Esta elevação na taxa de produção dos THMs era de se esperar já 
que uma das maneiras de explicar a aparição dos mesmos, a reação 
clássica dos halofórmios (CHX3, onde X é um halogênio), é 
acrescentada por bases. 
 
• Tem-se insinuado uma explicação para o efeito do pH. Uma 
macromolécula do precursor húmico, simplesmente se abrevia pela 
mútua repulsão das cargas negativas a níveis altos de pH; 
incrementando assim a disponibilidade de posições ativas 
adicionais na molécula do precursor. 
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4. Efeito dos bromatos 
 
• É um fato comprovado que os bromatos tem uma ação acentuada 
na formação dos THMs. Sabe-se que o bromato afeta tanto a taxa 
de reação quanto a quantidade total de THM. 
 
• O efeito do bromato na cinética da reação dos trihalometanos não 
está bem esclarecido. O mecanismo aceito, pelo qual o bromato 
participa na reação incluia oxidação do bromato a bromo e ácido 
hipobromoso, os quais por sua vez reagem com os precursores 
orgânicos. 
 
• O bromo competiria mais efetivamente que o cloro pelas posições 
ativas das moléculas húmicas precursoras. Sabe-se que o bromo 
supera o cloro na formação dos THMs. 
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5. Efeito da dosagem e tipo de cloro 
 
• Tem se sustentado que os THMs se originam mediante a conhecida 
"reação do halofórmio" que teria lugar entre o cloro livre e os 
compostos orgânicos precursores. 
 
• Este ponto de vista está muito controvertido atualmente. Tem-se 
demonstrado que a reação pode ocorrer por mecanismos distintos 
aos da reação do halofórmio. 
 
• Pode-se ter em conta que qualquer oxidante usado para 
desinfecção da água atuará reciprocamente com os produtos 
químicos já presentes na água bruta para formar outros produtos 
indesejáveis que podem aparecer na água tratada. 
 
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Baseado em: Luiz Di Bernardo, 2005. 
• Por consequente, algo fundamental na potabilização das águas é 
eliminar ao máximo os precursores antes da adição do oxidante 
para reduzir ao mínimo a demanda do desinfetante e a possível 
formação de subprodutos nocivos. 
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Baseado em: Luiz Di Bernardo, 2005. 
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 unidadesda 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. Trihalometanos. 
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Baseado em: Luiz Di Bernardo, 2005. 
 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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Baseado em: Luiz Di Bernardo, 2005. 
 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 encontrana 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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Baseado em: Luiz Di Bernardo, 2005. 
 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. 
Cursos: Bacharelado em Engenharia Civil – Tecnologia em Saneamento Ambiental 
Disciplina: Saneamento I - Prof. Mauricio Barreto, Dr. 
Aula 08: Desinfecção - Cloração 
Baseado em: Luiz Di Bernardo, 2005. 
- - - = 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. 
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Baseado em: Luiz Di Bernardo, 2005. 
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Baseado em: Luiz Di Bernardo, 2005.

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