UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO DE TECNOLOGIA FACULDADE DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL TRATAMENTO DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO Prof. Dra Luiza Girard
Este material de apoio é destinado exclusivamente aos alunos da disciplina, não devendo ser distribuído e publicado.
DESINFECÇÃO A desinfecção é o processo que utiliza agentes químico ou não com a finalidade de reduzir microorganismos patogênicos presentes na água, incluindo bactérias, protozoários, vírus. Dentre os agentes químicos utilizados têm-se cloro, bromo, iodo, ozônio, peróxido de hidrogênio e, os íons metálicos (prata e cobre). Dentre os agentes físicos destacam-se o calor (ferver a água) e a radiação ultravioleta. Para serem utilizados, os desinfetantes devem apresentar as seguintes características. a) Devem destruir em tempo razoável, os o s organismos organismos patogênicos na quantidade em que se apresentarem. b) Não devem ser tóxicos aos seres humanos e animais domésticos. c) Devem estar disponíveis a custo razoável e oferecer o ferecer condições seguras de transporte, manuseio e aplicação. d) Não devem produzir sabor e odor nas águas em dosagens usuais; e) Devem ter sua concentração determinada de forma rápida, através de métodos simples. f) Devem produzir residuais persistentes, assegurando desse modo a qualidade da água contra eventuais contaminações no sistema de abastecimento. No Brasil o desinfetante mais utilizado em ETAs é cloro na forma de gás (Cl 2). Em escala bem mais reduzida, são também utilizados o hipoclorito de cálcio e sódio e a cal clorada. Nos dias atuais há um interesse crescente pelo uso de desinfetantes alternativos decorrente da possibilidade de formação pelo cloro de THM (trialometanos), compostos organosclorados que podem causar riscos a saúde publica, consideradas tóxicas e cancerígenas. 1- Cloração REAÇÃO DO CLORO COM A ÁGUA O cloro age de duas du as formas na água: a) como desinfetante, para destruir ou inativar os microorganismos patogênicos ou vírus. b) como oxidante de compostos orgânicos e inorgânicos presentes na água.
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Os compostos de cloro mais utilizados em ETAs são o cloro gasoso (Cl2), o hipoclorito de sódio (NaOCl), o hipoclorito de cálcio (Ca(OCl)2) e o dióxido de cloro (ClO2). Quando o Cl2 é adicionado a água livre de impurezas desenvolve-se dois tipos de reação: hidrolise e ionização. a) hidrolise: Cl2 + H2O → HOCl + H + + Cl ↓ ácido hipocloroso
b) Ionização: HOCl ↔ H + + OCl – ↓
íon hipoclorito
100
0
90
10
80
20
70
30
60
40
50
50
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0
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A quantidade de HOCl e OCl – que se encontra na água denomina-se cloro residual livre. A distribuição dessas duas formas é muito importante já que a eficiência da desinfecção do HOCl é cerca de 40 a 80 vezes superior ao do OCl – . O grau de dissociação do HOCl e OCl na água depende do pH e da temperatura.
REAÇÃO DO CLORO COM A AMÔNIA Quando a água contém amônia ou produtos de compostos amoniacais, o ácido hipocloroso reage com tais substancias formando: NH3 + HOCl → NH2Cl (monocloramina) + H2O ↓
Amônia NH2Cl + HOCl → NHCl2 (dicloramina) + H2O NHCl2 + HOCl → NCl3 (tricloramina) +H2O O teor de cloro nessa forma é denominado deno minado cloro residual combinado. De modo geral, com a diminuição do pH e o aumento aumento da relação cloro/amônia (Cl2 clorada. – NH3) a molécula de amônia torna-se mais clorada. O poder de desinfecção das cloraminas é relativamente baixo. Dentre as cloraminas, a dicloramina é a de maior poder de desinfecção, porém sua formação, assim como a formação de tricloraminas não é desejável, pois tais compostos conferem sabor e odor a água.
Cloração ao break-point
RAZÃ RAZÃO MOLA MO LAR R Cl : N
12 11 L / 10 g
0
1 demanda de cloro nula
2
3 3
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Quando se adiciona cloro na água, ocorre uma redução no nitrogênio amoniacal (NH3) e formação de cloraminas (NH2Cl). O ponto máximo da curva ocorre quando toda a amônia disponível foi combinada com cloro. A partir daí, com o aumento continuo da dosagem de cloro as cloraminas são oxidadas e destruídas, até o ponto mínimo de cloro residual, quando há destruição total das cloraminas. A partir deste ponto de inflexão da curva, o aumento na dosagem de cloro aplicado, corresponderá ao aumento do teor de cloro residual livre. A principal razão para adicionar cloro suficiente para obter cloro residual livre, é que a desinfecção se realizará rea lizará com maior eficiência. Esquematicamente tem-se:
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Cloro (Cl2)
Residual
Demanda
Combinado
Livre
HOCl
OCl-
NH2Cl
NHCl2
NCl3
A demanda de cloro é proveniente de outras substancias presentes na água que reagem com o cloro. Formas disponíveis do cloro comercial: Gás, Líquido ou Sólido. A dosagem do produto depende de sua concentração disponível, como por exemplo, cloro gás (cloro ativo - 100%), hipoclorito de sódio (cloro ativo - 10 a 15%), água sanitária (cloro ativo - 2 a 5%), etc. 2 - Dióxido Dióxido de cloro cloro (ClO2) Devido ao perigo de explosão o ClO2 deve ser produzido no local de uso. È um excelente desinfetante para bactérias e vírus, tendo maior eficiência em pH alto e deixando residual na rede de distribuição; não forma THM ( trihalometanos – compostos com cloro – cancerígenos, mutagênicos), mutagênicos), porém forma outros compostos compostos (cloretos e cloratos) cloratos) que são são tóxicos e mutagênicos. 3 - Ozônio: O ozônio é produzido através de descarga elétrica em uma abertura no qual escoa um gás contendo oxigênio. De difícil transporte e armazenamento o ozônio deve ser produzido próximo ao local de uso. 5
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As principais considerações sobre o ozônio estão relacionadas às finalidades do seu uso, aos custos de implantação, operação e a formação de subprodutos. É um excelente desinfetante, não há formação de THM e não deixa residual na rede. Seu custo é 10 a 15 vezes maior que o cloro. 4 - Radiação ultravioleta. A água e suas impurezas são responsáveis pela absorção da radiação UV incidente. A radiação UV pode ser transmitida por lâmpadas especificas. A radiação UV é um bom desinfetante, não sofre influencia do pH, não deixa residual no sistema, é improvável a formação de THM e outros compostos. No entanto, é limitada à pequenas vazões pois precisam penetrar na lâmina d’água, águas com turbidez não é indicado (efluente de ETEs). Custo elevado.
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CARACTERISTICAS DOS DESINFETANTES CARACTERISTICAS Desinfecção Bactéria Vírus
CLORO CLORO
CLORAMINA
DIÓXIDO DE CLORO
OZÔNIO
UV
Excelente (HOCl) Excelente (HOCl)
Moderada Excelente Baixo (longos períodos de Excelente contacto)
Excelente Excelente
Bom Bom
pH
Eficiência decresce com o aumento do pH
Dicloramina predomina em pH<5 Monocl. em pH>7,0
Mais eficiente em pH alto
Maior residual em baixo pH
Insensível
Residual no sistema de distribuição
Sim
Sim
Não
Não
Não
Subprodutos Formação de THM Sim Outros Clorados, cloraminas, clorofenóis
Improvável Desconhecido
Improvável Aromáticos, clorados, clorato e clorito
Improvável Aldeídos, aromáticos, ácidos carboxílicos, ftalatos
Improvável Desconhecido
Experiência
Muito usado nos EUA
Muito usado nos EUA
Muito usado na Europa Uso limitado no EUA
Muito usado na Europa e no Canadá Uso limitado nos EUA
Limitado a pequenas vazões
Dose típica (mg/L)
2-20
0,5-3,0
Dados insuficientes
1-5
Dados insuficientes
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De acordo com Daniel (2008), o tempo de contato co ntato de 15 minutos é normalmente utilizado para a vazão máxima. Portaria 2.914 de dez de 2011 - Tabela de tempo de contato mínimo (minutos) a ser observado para a desinfecção por meio da cloração, de acordo com concentração de cloro residual livre, com a temperatura e o pH da água(1) C (2) ≤6,0 ≤ 0,4
0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 C (2)
38 27 21 17 15 13 12 11 10 9 8 8 7 7
≤6,0 ≤ 0,4
0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0
14 10 7 6 5 5 4 4 3 3 3 3 3 2
Temperatura Temperatur a = 5ºC Valores de pH 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 47 58 70 83 98 114 34 41 49 59 69 80 26 32 39 46 54 63 22 26 32 38 45 52 19 23 27 32 38 45 16 20 24 28 34 39 15 18 21 25 30 35 13 16 19 23 27 32 12 15 18 21 25 29 11 14 16 19 23 27 10 13 15 18 21 25 10 12 14 17 20 23 9 11 13 15 19 22 9 10 13 15 18 20 Temperatura Temperatur a = 20ºC Valores de pH 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 17 20 25 29 34 40 12 14 17 21 24 28 9 11 14 16 19 22 8 9 11 13 16 18 7 8 10 11 13 16 6 7 9 10 11 14 5 6 8 9 11 12 5 6 7 8 10 12 4 5 6 7 9 10 4 5 6 7 8 9 4 4 5 6 8 9 3 4 5 6 7 8 3 4 5 6 7 8 3 4 4 5 6 77
Temperatura Temperatur a = 10ºC Valores de pH ≤6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 27 33 41 49 58 70 80 19 24 29 35 41 49 57 15 19 23 27 32 38 45 12 15 19 23 27 32 37 11 13 16 19 23 27 32 9 11 14 17 20 24 28 8 10 16 15 18 21 25 7 9 11 14 16 19 22 7 8 10 12 15 17 20 6 8 10 12 14 16 19 6 7 9 11 13 15 17 5 7 8 10 12 14 16 5 6 8 9 11 13 15 5 6 7 9 11 12 14 Temperatura Tempera tura = 25ºC Valores de pH ≤6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9 12 14 18 21 24 28 7 8 10 1 15 17 20 5 6 8 10 11 13 16 4 5 6 8 9 11 13 4 5 5 7 8 10 11 3 4 5 6 7 8 10 3 4 4 5 6 7 9 3 3 4 5 6 7 8 2 3 4 4 5 6 7 2 3 3 4 5 6 7 2 3 3 4 4 5 6 2 2 3 3 4 5 6 2 2 3 3 4 5 5 2 2 3 3 4 4 5
Temperatura Tempera tura = 15ºC Valores de pH ≤6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 19 24 29 35 41 48 57 13 17 20 25 29 34 40 11 13 16 19 23 27 31 9 11 13 16 19 22 26 7 9 11 14 16 19 22 7 8 10 12 14 17 20 6 7 9 11 13 15 17 5, 7 8 10 11 14 16 5 6 7 9 10 12 14 5 6 7 8 10 11 13 4 5 6 8 9 11 12 4 5 6 7 8 10 12 4 4 5 7 8 9 11 3 4 5 6 8 9 10 Temperatura Tempera tura = 30ºC Valores de pH ≤6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 6 8 10 12 15 17 20 5 6 7 9 10 12 14 3 5 6 7 8 10 11 3 4 5 6 7 8 9 3 3 3 5 6 7 8 2 3 3 4 5 6 7 2 3 3 4 4 5 6 2 2 3 3 4 5 6 2 2 3 3 4 4 5 2 2 2 3 3 4 5 2 2 2 3 3 4 4 1 2 2 3 3 4 4 1 2 2 2 3 3 4 1 2 2 3 3 3 4
NOTAS:(1) Valores Valores intermediários aos constantes na tabela podem ser obtidos por interpolação.(2) in terpolação.(2) C: residual de cloro livre na saída do tanque de contato (mg/L).
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