Relatório 1 - Clarificação - final

Prévia do material em texto

UFRJ – Universidade Federal do Rio de Janeiro 
Escola de Química – Departamento de Processos Inorgânicos 
Disciplina: EQI 472 – Processos Inorgânicos Experimental 
Professora Leila Resnik 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Clarificação de Águas 
 
 
 
 
Grupo 
 João Victor Rodriguez – DRE 109051423 
Nathany Lisbôa – DRE 111473665 
Roberta Vianna – DRE 113103313 
 
 
 
 
 
Setembro de 2014 
1) Introdução 
 
Clarificação de águas é um processo que objetiva a remoção de matéria suspensa e 
coloidal (em estado de fina divisão) de um meio aquoso. O processo 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. 
Na etapa de coagulação, utiliza-se um agente coagulante (sal de ferro ou alumínio) 
que ao ser adicionado a solução aquosa sofre hidrólise liberando Al
3+
 ou Fe
3+
. Esses cátions 
entram em contato com as partículas suspensas, que apresentam cargas predominantemente 
negativas em sua superfície, desestabilizando o colóide. 
A floculação ocorre quando as partículas desestabilizadas se aproximam e colidem, 
formando flocos. Essa etapa é favorecida por agitação lenta. 
Por último, acontece a sedimentação que é quando a solução é deixada em repouso e 
as partículas floculadas vão para o fundo do recipiente. 
Materiais Utilizados 
• 6 Bécheres de 500 mL 
• 2 Provetas (500 mL e 50 mL) 
• Seringa 
• PHmetro 
• Turbidímetro 
• Agitador magnético 
• Jar-Test 
• Cronômetro 
• Água destilada 
• Solução de coagulante (Al2(SO4)3 – 500 mg/L) 
• Solução de H2SO4 0,1 N 
• Solução de NaOH 0,1 N 
• Solução bruta de efluente 
2) Procedimento Experimental 
 
Determinação do pH ótimo de coagulação (Aula 1): 
a) Transferiu-se 300 mL da água a ser tratada para cada um dos 6 bécheres; 
b) Calculou-se o volume de coagulante (solução estoque de Al2(SO4)3 500 mg/L) 
necessário para que sua concentração, em 300mL de amostra a ser tratada, fosse de 20 mg/L. 
Para isso, utilizou-se a igualdade C*V = C’ * V’, ou seja, 500*V=20*300. Logo, V= 12 mL; 
c) Foi adicionado um volume de coagulante necessário para que a concentração final 
em cada bécher fosse de 20 mg/L; 
d) Os bécheres foram identificados com números de 1 a 6 e tiveram seus pHs 
ajustados para os valores 4,0; 5,0; 6,0; 7,0; 8,0 e 9,0 (respectivamente), através da adição do 
ácido, quando o pH inicial era maior que o desejado, ou da base, quando o pH inicial era 
menor; 
e) As soluções de efluente com coagulante foram agitadas no Jar-Test em duas etapas. 
A etapa rápida realizou-se com agitação em 100 rpm por um minuto. Em seguida, houve a 
etapa lenta com agitação entre 40 e 50 rpm durante 30 minutos; 
f) Após a etapa lenta, os bécheres foram retirados do Jar-Test e colocados em repouso 
por 30 minutos. Enquanto isso, foi determinada a turbidez da solução bruta de efluente ; 
g) Passados os 30 minutos para a decantação, retirou-se alíquotas de cada bécher para 
leitura de turbidez. 
Frasco 1 2 3 4 5 6 
pH 4,08 4,98 5,99 7,02 8,01 8,98 
Turbidez 0,67 0,24 0,19 0,12 0,37 0,58 
 
h) Plotou-se o gráfico Turbidez residual X pH de coagulação para determinar o pH 
ótimo. 
 
 
 
 
 
 
Determinação da concentração ótima e do tempo de sedimentação (Aula 2): 
a) Transferiu-se 300 mL da água a ser tratada para cada um dos 6 bécheres; 
b) Calculou-se o volume de coagulante (solução estoque de Al2(SO4)3 500 mg/L) 
necessário para que sua concentração, em 300mL de amostra a ser tratada, fosse de 5; 10; 15; 
20; 25 e 30 mg/L. Para isso, utilizou-se a igualdade C*V = C’ * V’. 
Tabela 1- Volume de coagulante adicionado 
Bécher Concentração final (mg/L) Volume de coagulante(mL) 
1 5 3 
2 10 6 
3 15 9 
4 20 12 
5 25 15 
5 30 18 
 
 c) Identificou-se cada um dos bécheres numerando-os de 1 a 6. Em seguida, 
transferiu-se, para cada um deles, o respectivo volume de coagulante calculado acima. 
 d) O pH de cada bécher foi ajustado para o valor ótimo determinado na etapa 1; 
 e) As soluções de efluente com coagulante foram agitadas no Jar-Test em duas etapas. 
A etapa rápida realizou-se com agitação em 100 rpm por um minuto. Em seguida, houve a 
etapa lenta com agitação entre 40 e 50 rpm durante 30 minutos; 
 f) Logo após a retirada dos frascos do Jar-Test, foi iniciada, imediatamente, a retirada 
das alíquotas a cada 10 minutos para leitura de turbidez; 
 Observação: No momento da leitura do tempo de 10 minutos, ocorreu o 
descalibramento do turbidímetro, então precisamos parar a medição para calibrar novamente 
o aparelho. Sendo assim, não foi realizada a leitura de turbidez do tempo de 10 minutos e 
somente conseguimos retomar a leitura no tempo de 20 minutos. 
 g) Plotou-se a curva de Turbidez Residual X Concentração de Coagulante para o 
tempo de 30 minutos (tempo no qual foi determinado o pH ótimo) e obtenção da 
concentração ótima de coagulante; 
 h) Plotou-se a curva de turbidez residual X tempo de decantação para a concentração 
ótima determinada anteriormente. 
 
 
3) Resultados e Discussão 
 
Na primeira parte do experimento, o pH ótimo de coagulação foi determinado 
utilizando o Al2(SO4)3 como agente coagulante na concentração de 20 mg/L em 300 mL de 
amostra a ser tratada. 
 
 
Gráfico 1: Turbidez Residual x pH de Coagulação 
 
 Através do gráfico 1, podemos observar que o pH ótimo de coagulação é 7,0, visto 
que neste pH foi obtido o menor valor de turbidez para a solução. É importante ressaltar que 
este resultado foi obtido para o coagulante em questão e utilizando um efluente específico, ou 
seja, o teste deve ser realizado para cada efluente de interesse. Por fim, analisando-se o 
gráfico, também é possível verificar que qualquer pH muito ácido ou muito básico dificulta a 
coagulação de partículas suspensas e coloidais nessa amostra, indicando uma melhor 
eficiência para um pH próximo do neutro. 
 Com o resultado anterior foi possível analisar a concentração ótima de coagulante e o 
tempo de sedimentação. As diferentes amostras com concentrações variadas de coagulante e 
pH ajustado para 7,0 tiveram sua turbidez medida assim que a agitação foi interrompida. 
 
Turbidez (ntu) 
Tempo (min) 5 mg/L 10 mg/L 15 mg/L 20 mg/L 25 mg/L 30 mg/L 
0 1,56 1,15 1,20 1,23 1,16 24 
20 0,30 0,10 0,18 0,13 0,09 0,31 
30 0,19 0,09 0,09 0,16 0,09 0,57 
40 - 0,09 0,13 - 0,09 - 
50 - 0,09 - - 0,09 - 
60 - 0,10 - - 0,09 - 
 
 
 
A partir de 30 min, as amostras com maior turbidez não foram mais lidas, apenas as 
que estavam apresentando o menor valor, até o tempo de 60 min. Também não foi possível 
medição da turbidez em t = 10 min. 
 
 
 
Gráfico 2: Turbidez Residual x Concentração do Coagulante para t = 30 min 
 
 O gráfico acima mostra a variação da turbidez para as diferentes concentrações de 
coagulantes. Com 30 min de decantação, existem 3 concentrações com turbidez = 0,09 ntu: 
10 mg/L, 15 mg/L e 25 mg/L, não sendo possível determinar a concentração ótima de 
coagulante com este tempo. 
 Através da tabela acima podemos observar que as concentrações de 10 mg/L e 25 
mg/L fornecem leitura de tubidez igual a 0,09 ntu até os 50 min de decantação, e somente em 
60 min diferem levemente. Assim, como a turbidez de 0,09 ntu foi mantida para a 
concentração de 25 mg/L de Al2(SO4)3, esta foi a escolhida como concentração ótima de 
coagulante. 
 Na maioria dos pontos do gráfico, à medida em que se aumenta a concentração decoagulante na solução ocorre diminuição da turbidez até que ela fique constante. Contudo, 
houve certa discrepância em apenas dois pontos do gráfico relativos a concentrações de 20 
mg/l e 30 mg/l. As principais hipóteses para tais resultados discrepantes envolvem a retirada 
de alíquotas, que por sua vez é bem passível de erros de amostragem. A primeira provável 
causa desse fato seria a ocorrência de ressuspensão de partículas no momento da coleta da 
alíquota. A segunda provável causa seria retirada de alíquotas em pontos diferentes da 
solução. Afinal, visto que as partículas se sedimentam no fundo dos bécheres, a água do 
fundo tende a ser mais turva que a água encontrada no topo. 
 
Gráfico 3: Turbidez Residual x Tempo de Decantação para concentração do coagulante igual a 25 mg/L 
 
 Após a escolha da concentração, foi observado que o tempo de decantação de 20 min 
é suficiente para atingir o valor mínimo de turbidez (gráfico 3). A partir desse ponto, a 
turbidez medida permanece constante no decorrer do tempo. Assim, para garantir uma 
margem de segurança, pode-se escolher um tempo de decantação de 30 min como padrão, 
assim como foi feito na primeira parte para determinação do pH ótimo de coagulação. Afinal, 
as medidas de turbidez equivalentes a 10 minutos não puderam ser obtidas, levantando uma 
dúvida sobre se seu valor já tinha chegado ao mínimo. Se o turbidímetro não tivesse 
descalibrado no meio do experimento, permitindo que a medida de 10 minutos fosse retirada, 
seria possível verificar com mais precisão se 20 minutos ofereceria tal margem de segurança 
dependendo do valor anterior. 
 
 
Conclusão 
 A partir dos resultados do experimento, pode-se concluir que, para a água com matéria 
suspensa e coloidal estudada, o pH ótimo de coagulação foi 7,0, a concentração ótima de 
coagulante foi aproximadamente 25 mg/L e o tempo ótimo de sedimentação foi 30 minutos 
 
 
4) Referências Bibliográficas 
 
 Apostila de Processos Inorgânicos Experimental 2014/2 
 
 Processos Químicos de Tratamento de Efluentes – disponível em: 
<http://www.universoambiental.com.br/Arquivos/Agua/ProcessosQuimicosdeTratam
entodeEfluentes07.pdf>; Acesso em 07/09/2014 
 
 SAAE – Serviço Municipal de Saneamento Básico – disponível em: 
<http://www.saaeunai.mg.gov.br/portal/tratamento-de-agua/>; Acesso em 07/09/2014