Quais São os Usos do Sulfato de Alumínio no Tratamento de Água?

Como o Sulfato de Alumínio Funciona como Coagulante no Tratamento de Água

Entendendo a Coagulação e o Papel do Sulfato de Alumínio na Desestabilização de Partículas Suspensas

O tratamento de água começa com a coagulação, um processo que reúne pequenas impurezas para que possam ser removidas posteriormente. O sulfato de alumínio funciona muito bem aqui porque, ao se dissolver, libera íons de alumínio trivalentes (Al³⁺) que basicamente anulam as cargas negativas de partículas suspensas na água, como partículas de argila, fragmentos de material orgânico e até alguns microrganismos nocivos. Quando essas cargas são neutralizadas, as partículas deixam de se repelir e começam a se aglomerar durante a fase de mistura rápida, que normalmente dura cerca de um ou dois minutos. A maioria das estações de tratamento de água verifica que o sulfato de alumínio apresenta os melhores resultados quando o pH da água está entre 5,5 e 7,5. A quantidade necessária de sulfato de alumínio varia bastante, tipicamente entre 50 e 300 miligramas por litro, dependendo da turbidez da água e do tipo de contaminantes presentes.

Mecanismo Químico do Sulfato de Alumínio na Formação de Flocos e Remoção de Impurezas

Após o equilíbrio das cargas, o alumínio começa a se decompor por hidrólise, formando hidróxido de alumínio (Al(OH)3). Esta substância forma um sólido semelhante a um gel que é muito eficaz na captura de partículas que desejamos remover da água. À medida que esses pequenos aglomerados, chamados flocos, se desenvolvem, podem atingir tamanhos entre meio milímetro e três milímetros. Isso faz com que eles sedimentem adequadamente nos tanques de tratamento. Quando tudo funciona corretamente, este método elimina cerca de 85% até praticamente toda a turbidez nas amostras de água e remove aproximadamente dois terços a quatro quintos dos compostos orgânicos indesejáveis. Estudos mostram que esses flocos de hidróxido aderem a diversos poluentes dissolvidos, como íons fosfato e diferentes tipos de metais pesados, formando ligações em suas superfícies. Essa ação de adesão aumenta efetivamente a eficiência geral do sistema de purificação.

Comparação com Coagulantes Alternativos: Eficiência, Custo e Considerações Práticas

O cloreto férrico pode remover quase todo o fósforo da água, às vezes até 98%, o que é muito melhor do que o alúmen, que consegue cerca de 70 a 85%. A desvantagem, no entanto, é que o cloreto férrico corrói tubulações e equipamentos muito mais rapidamente, fazendo com que os municípios acabem gastando mais em reparos e substituições. Os polímeros sintéticos são outra opção que proporcionam água bastante clara com pouco lodo restante após o tratamento, mas esses materiais têm preços que os tornam inviáveis para a maioria das estações convencionais de tratamento de esgoto. É por isso que muitas cidades ainda optam pelo alúmen, apesar das alternativas mais recentes. O alúmen já existe há décadas, funciona de forma confiável sem procedimentos complicados de instalação e não onera o orçamento como algumas das opções mais sofisticadas. Para governos locais com recursos limitados e infraestrutura envelhecida, manter o que já conhecem faz sentido, mesmo que tecnicamente não seja a opção com melhor desempenho disponível.

Preocupações Ambientais: Alumínio Residual e Segurança de Longo Prazo na Água Tratada

A Organização Mundial da Saúde estabeleceu um nível máximo permitido de 0,2 miligramas por litro para o alumínio residual na água potável, devido às preocupações sobre possíveis efeitos na função cerebral ao longo do tempo. As estações de tratamento de água que utilizam técnicas mais modernas de filtração podem reduzir esses resíduos de alumínio em cerca de 70 a talvez até 90 por cento, em comparação com métodos mais antigos. Monitorar os níveis de pH durante todo o processo e adicionar uma etapa extra com membranas especiais após o tratamento ajuda a garantir que permaneçamos dentro dos limites seguros definidos pelas autoridades sanitárias. Isso mantém as pessoas saudáveis sem reduzir a eficácia de todo o processo de purificação.

Melhoria da Clareza da Água e Remoção da Turbidez em Sistemas Municipais de Água

O sulfato de alumínio continua sendo uma escolha comum para o tratamento de água em cidades, pois pode reduzir a turbidez da água em cerca de 90%. O que acontece é que ele anula as cargas elétricas de partículas minúsculas, como fragmentos de argila, poeira fina e até pequenos organismos flutuando no suprimento de água. Essas partículas então se aglomeram, formando flocos maiores que sedimentam mais facilmente. Uma pesquisa publicada em 2021 indicou que, quando aplicado corretamente, o nível de turbidez cai abaixo de 0,3 NTU, atendendo assim às diretrizes da Organização Mundial da Saúde para água potável clara. O fato de isso funcionar tão bem significa menos carga sobre os filtros nas etapas seguintes do sistema. As estações de tratamento operam melhor no geral e também economizam dinheiro, especialmente importante para grandes sistemas de abastecimento urbano que servem milhões de pessoas todos os dias.

Remoção de Matéria Orgânica, Patógenos e Metais Pesados por Meio de Coagulação

O modo como o alúmen atua no processo de coagulação permite que ele remova diversos tipos de contaminantes ao mesmo tempo. Substâncias orgânicas dissolvidas na água aderem aos flocos de hidróxido de alumínio formados durante o tratamento. Além disso, bactérias como a E. coli e parasitas como a Giardia são fisicamente retidos nesse processo. Quando o pH permanece entre 6,5 e 7,5, pesquisas indicam taxas de remoção entre 85% e 92% para metais pesados, incluindo chumbo, arsênico e cromo. O que torna essa abordagem tão valiosa é a sua capacidade de tratar múltiplos poluentes simultaneamente, reduzindo a necessidade de desinfecções adicionais. Ainda assim, é fundamental acertar a dosagem, pois, se houver excesso de alumínio residual, pode-se ultrapassar o limite seguro de 0,2 mg por litro, o que não é benéfico para ninguém.

Melhoria da Eficiência da Sedimentação e Filtração Após Tratamento com Alúmen

Quando tratadas com sulfato de alumínio, as floculações tendem a sedimentar cerca de 40 a 60 por cento mais rapidamente em bacias de sedimentação em comparação com partículas sem tratamento, o que torna a separação dos sólidos muito melhor. A sedimentação mais rápida significa que os filtros entopem com menos frequência, podendo assim operar por mais tempo antes de necessitar limpeza, reduzindo o retrolavagem em cerca de 30%. O interessante é como a consistência pegajosa dos flocos de hidróxido de alumínio atua como uma camada filtrante adicional dentro dos leitos de areia. Esses flocos retêm partículas minúsculas menores que um micrômetro que de alguma forma escaparam durante a primeira etapa de coagulação. Todas essas melhorias combinadas fazem com que sistemas de tratamento de boa qualidade possam realmente remover mais de 99,9% de todas as partículas da água final.

Remoção Eficiente de Fósforo em Efluentes Domésticos e Industriais

O alúmen funciona muito bem para retirar o fósforo graças às reações de troca de ligandos de que falamos tanto nos círculos de tratamento de água. Basicamente, quando os íons Al3+ se encontram com os íons de orofosfato (PO4^3-), eles se combinam para fazer fosfato de alumínio (AlPO4) que não se dissolve em água. Esta coisa depois se acalma e é filtrada mecanicamente. Analisando dados de 45 diferentes instalações de tratamento de águas residuais em toda a Europa, os investigadores constataram que o uso de alume reduziu os níveis totais de fósforo para menos de 0,5 mg/l em cerca de 88% destas instalações. Isto corresponde, na realidade, ao que a Directiva-Quadro da UE relativa às Águas exige para os padrões de água limpa. A coisa realmente brilha no tratamento de resíduos de processadores de alimentos e fabricantes de têxteis, uma vez que o seu escoamento tende a ter níveis de fósforo muito elevados, às vezes acima de 15 mg/l nos testes de concentração.

Redução da turvidade e dos contaminantes nos fluxos de águas residuais de elevada carga

A dupla acção de coagulação e floculação do alumínio torna-o adequado para o tratamento de águas residuais complexas e de grande carga:

• Suspensões coloidais : Neutraliza partículas com carga negativa em águas com turbidez superior a 1000 NTU
• Metais pesados : Metais pesados: Co-precipita Pb2+ e Cr3+ através da formação de hidróxido a pH 9 - 9,5
• Cargas orgânicas : Reduz a procura de oxigénio químico (COD) em 65-80% nos efluentes da fábrica de papel através da ligação com lignina e proteínas

Os dados de campo de sete parques industriais na China mostram que o alume consegue 98% da remoção total de sólidos em suspensão (TSS) em fluxos com um teor inicial de sólidos superior a 5.000 mg/l, demonstrando um desempenho robusto em condições exigentes.

Estudo de caso: Implementação bem sucedida em instalações de tratamento de águas residuais urbanas

Uma central municipal europeia que presta serviços a 1,2 milhões de habitantes conseguiu melhorias significativas após a transição para a coagulação por sulfato de alumínio. A instalação, que tratava 300.000 m3/dia de águas residuais, relatou:

Durante um ensaio de 18 meses, a instalação manteve os níveis de alumínio residual abaixo de 0,2 mg/L, alcançando uma remoção de fósforo de 94% e uma redução de COD de 82%, confirmando a eficácia e viabilidade económica da alumínio na gestão de águas residuais em larga escala.

Otimização do desempenho do sulfato de alumínio: dosagem, pH e condições da água

Intervalo de pH ideal e estratégias de dosagem para a máxima eficiência de coagulação

Os melhores resultados para a coagulação ocorrem quando o nível de pH permanece entre cerca de 5,5 e 7,5. Dentro deste intervalo, o processo torna-se muito mais eficiente, às vezes melhorando em até 40 a 60 por cento em comparação com o que acontece fora destes números. Quanto à quantidade de alúmen a usar, a maioria dos tratamentos exige entre 5 e 200 miligramas por litro. Mas, se a água estiver muito lamacenta ou tiver muitos contaminantes, em algumas situações talvez seja necessário até 500 mg/L. Para descobrir exatamente o que funciona melhor em determinado local, o teste em frasco continua sendo um dos métodos mais confiáveis disponíveis. Isto ajuda a evitar o uso de alucina em excesso, o que pode deixar o excesso de alumínio na água além do limite seguro da Organização Mundial da Saúde de 0,2 mg/L. Uma vez que o pH ultrapassa 7,5, porém, as coisas começam a correr mal porque o hidróxido de alumínio torna-se menos solú Isto torna mais difícil formar flocos adequados e, em última análise, reduz a eficiência geral de todo o tratamento.

Influência da temperatura da água, da alcalinidade e da composição iónica

A água que fica abaixo de 10 graus Celsius realmente retarda a rapidez das reações durante os processos de tratamento. Isto significa que os grupos se formam muito mais lentamente, às vezes levando entre 30 a 50% mais do que o normal, e os operadores também têm de misturar coisas por longos períodos. Quando se trata de níveis de alcalinidade, eles desempenham um papel importante em manter o sistema de ficar muito ácido após a adição de alume. Se a alcalinidade cair abaixo de 50 miligramas por litro como carbonato de cálcio, a maioria das plantas de tratamento acaba precisando de cal ou soda extra apenas para manter o pH estável o suficiente para o bom funcionamento. Outro desafio surge quando há uma elevada força iónica na água, acima de 1000 microsiemen por centímetro. Esta condição esmaga as pequenas camadas elétricas em torno das partículas, fazendo com que se agrupem menos eficazmente. O resultado? A coagulação funciona cerca de 40% pior nestas condições. Todas estas variáveis indicam porque é que um bom sistema de monitorização em tempo real faz tanta diferença, sobretudo para as instalações que lidam com a variação da qualidade da água durante as diferentes estações.

Vantagens e desafios do uso de sulfato de alumínio no tratamento de água

Principais benefícios: Rentabilidade, confiabilidade e versatilidade em todos os sistemas de tratamento

O alúmen, ou sulfato de alumínio, destaca-se como um coagulante econômico e confiável usado em muitas instalações de tratamento de água, tanto municipais como industriais. Em comparação com opções como o cloreto de ferro, reduz os custos de funcionamento em cerca de 30 a 50 por cento, tudo isso mantendo taxas de remoção acima de 95% para coisas como turvidade e patógenos nocivos. O que torna esta substância tão versátil é o quão bem funciona, quer se trate de pequenos sistemas de água rurais ou grandes estações de tratamento de cidades. Os operadores podem ajustar as doses com base no tipo de qualidade da água que enfrentam no dia-a-dia. Quando os níveis de pH permanecem dentro da faixa de 5,5 a 7,5 algodão consegue eliminar cerca de 70 a 90% desses contaminantes orgânicos irritantes. E vamos encarar, quando o dinheiro é mais importante, os alunos muitas vezes superam as soluções PAC para as instalações que monitoram os seus orçamentos de perto.

Limitações comuns: geração de lama, necessidade de ajuste de pH e considerações ambientais

O alum vem com algumas desvantagens. Ele cria cerca de 15 a 30 por cento mais lama em comparação com os polímeros sintéticos, o que significa custos de eliminação mais altos e logística mais complicada para o manejo de resíduos. Quando o alume se decompõe nos processos de tratamento de água, ele realmente reduz o nível de pH. Para neutralizar este efeito, as instalações de tratamento de água têm de gastar dinheiro em substâncias alcalinas como a cal. Estas compras de produtos químicos podem ocupar quase 20% do seu orçamento operacional global apenas para manter a água no nível de acidez certo. Os reguladores ambientais estão vigiando de perto a quantidade de alumínio que permanece na água tratada após o processamento, de modo que é essencial seguir a recomendação da Organização Mundial da Saúde de não mais de 0,2 mg por litro. A boa notícia é que pesquisas recentes mostram que, quando os operadores ajustam os métodos de dosagem e os combinam com sistemas de filtragem mais recentes, podem reduzir a produção de lama em cerca de 40%. Esta abordagem também ajuda a cumprir as importantes normas da EPA e da AWWA para água potável segura sem comprometer a qualidade.

Perguntas frequentes

Qual é o papel principal do sulfato de alumínio no tratamento de água?

O sulfato de alumínio atua como coagulante no tratamento de água, ajudando a desestabilizar partículas suspensas para que possam ser efetivamente removidas por meio de processos adicionais de tratamento.

Como o sulfato de alumínio afeta os níveis de pH da água tratada?

O sulfato de alumínio tende a reduzir os níveis de pH da água tratada, razão pela qual as instalações frequentemente precisam adicionar substâncias alcalinas, como cal, para manter a faixa de pH ideal para um tratamento eficaz.

Existem preocupações ambientais associadas ao uso de sulfato de alumínio?

Sim, o alumínio residual na água tratada é uma preocupação, pois pode ter impactos potenciais à saúde. Assim, os sistemas de tratamento visam manter os níveis residuais abaixo de 0,2 mg/L, conforme recomendado pela Organização Mundial da Saúde.

Por que o sulfato de alumínio é preferido em comparação com outros coagulantes, apesar de suas limitações?

O sulfato de alumínio é econômico, confiável e versátil, o que o torna uma escolha preferida para muitos municípios, especialmente aqueles com restrições orçamentárias e infraestrutura existente.