Coagulação da água: princípio de ação, finalidade de aplicação

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Última modificação: 2024-01-02 17:54

Coagulação da água refere-se aos métodos físicos e químicos preliminares de sua purificação. A essência do processo está na ampliação e precipitação de impurezas mecânicas ou substâncias emulsionadas. Esta tecnologia é usada em estações modernas de tratamento de águas residuais e de água.

Fundamentos físicos

A coagulação da água, ou seja, sua clarificação, é um processo no qual pequenas partículas em suspensão são combinadas em conglomerados maiores. A realização deste procedimento permite remover impurezas finamente dispersas do líquido durante sua posterior sedimentação, filtragem ou flutuação.

Para que as partículas "grudem", é necessário vencer as forças de repulsão mútua entre elas, que garantem a estabilidade da solução coloidal. Na maioria das vezes, as impurezas têm uma carga negativa fraca. Portanto, para purificar a água por coagulação, são introduzidas substâncias com cargas opostas. Como resultado, as partículas de suspensões tornam-se eletricamente neutras, perdem suas forças de repulsão mútua e começam a se unir e depois caem.no sedimento.

Materiais usados

2 tipos de reagentes químicos são usados como coagulantes: inorgânicos e orgânicos. Do primeiro grupo de substâncias, os mais comuns são os sais de alumínio, ferro e suas misturas; sais de titânio, magnésio e zinco. O segundo grupo inclui polieletrólitos (melamina-formaldeído, epicloridrindimetilamina, policlorodialildimetilamônio).

Em condições industriais, as águas residuais são mais frequentemente coaguladas com sais de alumínio e ferro:

• Cloreto de alumínio AlCl₃∙6H_2O;
• cloreto férrico FeCl₃∙6H_2O;
• Al sulfato 2_O;
• sulfato de ferro FeSO₄ 7H_2O;
• aluminato de sódio NaAl(OH)_{4 e outros.}

Os coagulantes formam flocos com grande área superficial específica, o que garante sua boa capacidade de adsorção. A escolha do tipo ideal de substância e sua dose é feita em condições de laboratório, levando em consideração as propriedades do líquido do objeto de tratamento. Para clarificação de águas naturais, a concentração de coagulantes geralmente está na faixa de 25-80 mg/l.

Praticamente todos estes reagentes pertencem à 3ª ou 4ª classe de perigo. Portanto, as áreas onde são utilizados devem ser em salas isoladas ou prédios isolados.

Destino

O processo de coagulação é utilizado tanto em sistemas de tratamento de água quanto na limpeza industrial eáguas residuais domésticas. Esta tecnologia ajuda a reduzir a quantidade de impurezas nocivas:

• ferro e manganês - até 80%;
• surfactantes sintéticos - em 30-100%;
• chumbo, cromo - em 30%;
• produtos petrolíferos – em 10-90%;
• cobre e níquel - em 50%;
• poluição orgânica - em 50-65%;
• substâncias radioativas - em 70-90% (exceto iodo, bário e estrôncio de difícil remoção; sua concentração só pode ser reduzida em um terço);
• pesticidas - em 10-90%.

A purificação da água por coagulação seguida de sedimentação permite reduzir o conteúdo de bactérias e vírus em 1-2 ordens de magnitude e a concentração dos microorganismos mais simples - em 2-3 ordens de magnitude. A tecnologia é eficaz contra os seguintes patógenos:

• Coxsackievirus;
• enterovírus;
• vírus da hepatite A;
• E. coli e seus bacteriófagos;
• cistos de giárdia.

Fatores-chave

A velocidade e a eficiência da coagulação da água dependem de várias condições:

• Grau de finura e concentração de impurezas. O aumento da turbidez requer doses mais altas de coagulante.
• Acidez do ambiente. A purificação de líquidos saturados com ácidos húmicos e fúlvicos ocorre melhor em valores de pH mais baixos. Com a clarificação normal da água, o processo é mais ativo em pH elevado. Para aumentar a alcalinidade, adicione cal, soda, soda cáustica.
• Composição iônica. Em baixa concentraçãomistura de eletrólitos, a eficiência de coagulação da água é reduzida.
• Presença de compostos orgânicos.
• Temperatura. Com sua diminuição, a velocidade das reações químicas diminui. O modo ideal é aquecer até 30-40 ° С.

Processo tecnológico

Existem 2 métodos principais de coagulação usados em estações de tratamento de águas residuais:

• Em volume livre. Para isso, são utilizados misturadores e câmaras de floculação.
• Contato clareador. Um coagulante é primeiro adicionado à água e, em seguida, é passado por uma camada de materiais granulares.

O último método de coagulação da água é o mais utilizado devido às seguintes vantagens:

• Alta velocidade de limpeza.
• Doses menores de coagulantes.
• Sem forte influência do fator temperatura.
• Não há necessidade de alcalinizar o fluido.

O processo tecnológico de tratamento de efluentes por coagulação inclui 3 etapas principais:

1. Dosagem e mistura de reagentes com água. Os coagulantes são introduzidos no líquido na forma de 10-17% de soluções ou suspensões. A mistura em recipientes é feita mecanicamente ou por aeração com ar comprimido.
2. Formação de flocos em câmaras especiais (contato, camada fina, ejeção ou recirculação).
3. Decantação em tanques de decantação.

A sedimentação de águas residuais é mais eficiente com um método de duas etapas, quando é realizada primeiro sem coagulantes e depois após tratamento com produtos químicosreagentes.

Designs de torneiras tradicionais

A introdução da solução coagulante na água tratada é realizada com vários tipos de misturadores:

• Tubular. Elementos estáticos na forma de cones, diafragmas, parafusos são instalados dentro da tubulação de pressão. O reagente é fornecido através de um venturi.
• Hidráulica: cloisonne, perfurada, vórtice, arruela. A mistura ocorre devido à criação de um fluxo turbulento de água que passa ao longo das divisórias, através de orifícios, uma camada de sedimento coagulante em suspensão ou um inserto em forma de arruela (diafragma) com orifício.
• Mecânica (pá e hélice).

Combinação com flutuação

O tratamento de efluentes por coagulação é difícil de controlar o processo devido à constante mudança na qualidade do líquido. Para estabilizar esse fenômeno, é usada a flotação - a separação de partículas suspensas na forma de espuma. Juntamente com os coagulantes, os floculantes são introduzidos na água purificada. Reduzem a molhabilidade das suspensões e melhoram a adesão destas com bolhas de ar. A saturação de gás é realizada em plantas de flotação.

Esta técnica é amplamente utilizada para coagulação de água contaminada com produtos das seguintes indústrias:

• indústria de refino;
• produção de fibras artificiais;
• indústrias de papel e celulose, couro e química;
• engenharia mecânica;
• produçãocomida.

3 tipos de floculantes são usados:

• de origem natural (amido, levedura forrageira hidrolisada, bagaço);
• sintético (poliacrilamida, VA-2, VA-3);
• inorgânico (silicato de sódio, dióxido de silício).

Essas substâncias permitem reduzir a dose necessária de coagulantes, diminuir a duração da limpeza e aumentar a taxa de sedimentação dos flocos. A adição de poliacrilamida mesmo em quantidades muito pequenas (0,5-2,0 mg/kg) pesa significativamente sobre os flocos de sedimentação, o que aumenta a taxa de aumento de água em clarificadores do tipo vertical.

Métodos de intensificação do processo

A melhoria do processo de coagulação da água é realizada em várias direções:

1. Alterar o modo de processamento (coagulação fracionada, separada, intermitente).
2. Regulação da acidez da água.
3. Uso de opacificantes minerais, cujas partículas desempenham o papel de centros adicionais para a formação de conglomerados, materiais de sorção (argila, clinoptilolita, saponita).
4. Processamento combinado. Combinação de coagulação com magnetização da água, aplicação de campo elétrico, exposição ao ultrassom.
5. Usando uma mistura de cloreto férrico e sulfato de alumínio.
6. O uso de agitação mecânica, que reduz a dose de coagulantes em 30-50% e melhora a qualidade da limpeza.
7. Introdução de oxidantes (cloro e ozônio).