PROCESSOS DE TRATAMENTO DE ÁGUA: OZONÓLISE, TROCA IÔNICA E ADSORÇÃO.

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O2 + e 2O* + e[pic 1]

O* + O2 O3[pic 2]

A taxa de dissociação depende principalmente da distribuição da energia corona, da temperatura e da taxa de fluxo do gás na entrada do gerador de ozônio.

O ozônio pode também ser obtido por meio da luz ultravioleta (UV), semelhante a reação ocorrida na estratosfera. Esse procedimento tem rendimento menor, porém, para pequenas plantas são vantajosos devido ao baixo custo e facilidade de manutenção.

O2 + UV-C 2O[pic 3]

O* + O* O2[pic 4]

O + O2 O3 + calor[pic 5]

O gás oxigênio reage com a luz ultravioleta pois a mesma tem a energia necessária para a síntese.

Comportamento químico do ozônio na água

A reação do ozônio com as substancias presentes em águas naturais pode ocorrer por dois mecanismos distintos: pela via direta e pela via indireta.

Na via direta, a própria molécula de ozônio decompõe-se espontaneamente gerando o radical hidroxila. É necessário que haja uma substancia iniciadora que, reagindo com o O3, forma o íon superóxido (O2-). Este íon por sua vez, reage com o O3 e o decompõe. Em uma segunda etapa ocorre a regeneração do íon superóxido a partir do radical livre hidroxila que é um subproduto formado durante a decomposição do ozônio. Essas reações continuam acontecendo desde que haja concentração suficiente de promotores na solução. Quando os radicais hidroxila são consumidos, íons carbonatos e bicarbonatos naturalmente presentes na água, inibem a decomposição do O3.

Na via indireta, as reações são praticamente as mesmas o que muda é que a oxidação dos compostos orgânicos e inorgânicos é feita pelos produtos obtidos da decomposição do ozônio, principalmente devido aos radicais hidroxila. Então, a oxidação não é feita diretamente pela molécula de O3, por isso dá-se o nome de indireta. Essa via é ativada por íons hidroxila, peróxido de hidrogênio ou radiação ultravioleta, formando íons a partir do ozônio.

A preferência por uma das vias depende das características da água a ser tratada. Concentrações altas das substâncias iniciadoras como íons hidroxila, íons hidroperóxidos (HO2-), alguns cátions e substâncias húmicas; promovem a reação pela rota dos radicais livres e consomem rapidamente o ozônio. Enquanto que concentrações altas das substâncias inibidoras promovem a reação pela rota direta.

RESINAS DE TROCA IÔNICA

É um tratamento complementar feito para a remoção dos íons dissolvidos na água que causam problemas como cálcio, magnésio, sílica, entre outros.

Nele utilizam-se as chamadas resinas de troca iônica, que são polímeros insolúveis contendo grupos funcionais na sua superfície capazes de realizar reações de troca iônica com os cátions ou ânions presentes na água.

Essas resinas são constituídas na sua maioria por copolímeros de estireno com divinilbenzeno, na forma de pequenas esferas porosas. Após a polimerização, grupamentos ácidos ou básicos podem ser inseridos nos núcleos do benzeno dos monômeros, dando assim uma utilidade específica às resinas.

Podem ser tipo gel ou macroporos. A estrutura molecular é obtida por polimerização e a diferença está apenas na porosidade. O tipo gel tem porosidade reduzida à distância intermolecular (microporo) e o tipo macroporo é formada adicionando uma substância que produz o efeito.

Podem também ser monofuncionais, se tiverem apenas um tipo de radical, ou polifuncionais se a molécula tiver vários tipos de radicais intercambiáveis.

Tanto os grupamentos ácidos ou básicos das resinas, não se comportam como ácidos e bases em soluções aquosas que se dissociam e produzem duas espécies iônicas. Nas resinas catiônicas, somente uma espécie é dissociada, Na+ ou H+ e nas resinas aniônicas mais frequentemente a hidroxila fica dissociada. Os demais grupamentos ficam ligados às cadeias de estireno e divinilbenzeno.

Existem duas classificações básicas para as resinas:

- Catiônicas que trocam cátions como Ca2+, Mg2+, Na+, H+ e se subdividem em:

- Fortes: são produzidas por sulfonação do polímero com ácido sulfúrico, o grupo funcional é o ácido sulfônico, estas resinas trabalham em qualquer pH, separam todos os sais e requerem de uma quantidade elevada de regenerante. Esta resina é escolhida para quase todas as aplicações de abrandamento de água;

- Fracas: o grupo funcional é um ácido carboxílico presente em um dos componentes, principalmente o ácido acrílico ou metacrílico. Este tipo de resina é altamente eficiente e não precisa de uma quantidade elevada de regenerante, estas resinas tem uma menor capacidade de troca iônica devido à variação na velocidade do fluxo e a baixas temperaturas.

- Aniônicas que trocam ânions como Cl-, OH-, SiO32- e se subdividem em:

- Fortes: são obtidas a partir da reação de estireno-DVB com aminas terciárias. O grupo funcional é o sal de amônio quaternário. Os dois grupos principais destas resinas podem ser Tipo 1 (tem três grupos metilas) e as de tipo 2 (um grupo etanol substitui um dos grupos metil).

- Fracas: resinas funcionalizadas com grupos de amina primária, secundária e terciária. Podem ser aplicadas na adsorção de ácidos fortes com boa capacidade, mas sua cinética é lenta.

Utilizadas há décadas em processos de desmineralização de água, abrandamento, polimento de condensado, pré-tratamento de água para caldeiras e processos industriais, as resinas trocadoras se deterioram naturalmente com o uso, mas o processo pode ser acelerado por agentes externos tais como oxidantes ou outros contaminantes. Práticas inadequadas de operação também podem acelerar a deterioração da resina e diminuem a qualidade da água produzida.

Uma resina de troca iônica pode ter sua vida útil superior a 10 anos, desde que o projeto e a operação dos sistemas estejam adequados. Para o cálculo da resina, da quantidade e do sistema de regeneração é preciso conhecer a água que se vai tratar e a finalidade ou uso a que se destina.

O processo em si de troca iônica, consiste em passar a água a ser tratada por um ou mais leitos dessas resinas, as quais retêm os íons de interesse.