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Otimização do tratamento de águas residuais com potencial zeta

Tratamento de águas residuais

Sólidos em suspensão são uma impureza comum em águas residuais provenientes de operações industriais e de mineração. Por questões de segurança e estética, toda a água deve estar essencialmente livre de matéria em suspensão. Para atender aos requisitos de claridade da água para reúso ou descarte, os sólidos em suspensão são frequentemente deixados sedimentar no fundo ou flutuar (formar nata) na superfície de grandes tanques. A duração desses processos depende fortemente do tamanho das partículas; por exemplo, partículas maiores sedimentam/formam nata mais rapidamente. Assim, se as partículas puderem ser agregadas, o processo de sedimentação é mais curto e, portanto, a operação de tratamento é mais rápida e, consequentemente, menos dispendiosa.

Floculação e Aditivos

A floculação de partículas pode ser um processo energeticamente favorável; à medida que as partículas floculam, a área superficial total das partículas diminui e o sistema torna-se mais estável. No entanto, a floculação não ocorre se as colisões entre partículas forem suprimidas por interações eletrostáticas. Ou seja, se duas partículas tiverem a mesma carga (positiva ou negativa), elas se repelirão.

A agregação é intensificada pelo mecanismo de neutralização de cargas; aditivos são utilizados para reduzir a magnitude da carga superficial das partículas (potencial zeta) a zero. Isso aumenta o número de colisões entre partículas e, consequentemente, a taxa de floculação. Naturalmente, esse processo precisa ocorrer com custos mínimos. Essa exigência de custo mínimo implica que a quantidade ideal de aditivo precisa ser determinada. Uma classe amplamente utilizada de tais aditivos são os coagulantes, tipicamente sais inorgânicos com íons polivalentes. Infelizmente, a adição de coagulante em excesso (sobredosagem) causa inversão de carga, resultando na reestabilização dos sólidos em suspensão e consequente deterioração no processamento subsequente.

O potencial zeta está relacionado à carga eletrocinética presente na superfície de partículas em suspensão, e sua medição com o Analisador de Nanopartículas SZ-100V2 pode ser utilizada para monitorar o efeito da adição de coagulante. Os resultados são então usados para otimizar o processo de tratamento.

Potencial Zeta

O potencial zeta refere-se ao potencial na dupla camada interfacial (DL) na localização do plano de deslizamento em relação a um ponto no fluido em massa, distante da interface. Em outras palavras, o potencial zeta é a diferença de potencial entre o meio de dispersão e a camada estacionária de fluido aderida à partícula dispersa. Como as interações eletrostáticas são importantes em muitos sistemas coloidais, essa medida do potencial eletrostático é importante para o controle desses sistemas. Mais detalhes podem ser encontrados na discussão sobre a tecnologia do potencial zeta.

Monitoramento do desempenho de aditivos

O analisador de nanopartículas SZ-100V2 pode ser usado para monitorar o efeito da adição de coagulante na carga superficial das partículas. Os dados de exemplo que mostram o potencial zeta da suspensão de águas residuais em função do coagulante adicionado são apresentados abaixo. Como é comum nessa análise, as quantidades adicionadas variam em escala logarítmica.

À medida que o coagulante é adicionado, o potencial zeta se aproxima de zero. Há um ponto adicional, e para esta aplicação, crítico nos dados apresentados abaixo. Em uma determinada concentração de coagulante, o potencial zeta atinge zero. Essa concentração é conhecida como ponto isoelétrico. Então, com o aumento da concentração de coagulante, a carga líquida na partícula torna-se positiva. Coagulante em excesso reestabiliza a suspensão, mas agora com a carga oposta. O perigo de adicionar coagulante em excesso não reside apenas no custo adicional dos reagentes, mas também na possibilidade de o processo de tratamento se tornar ineficaz.

Escolhendo aditivos

Nem sempre é óbvio qual aditivo é o melhor. Aditivos mais eficazes costumam ser mais caros. Portanto, saber a dosagem necessária de cada aditivo é fundamental para tomar a melhor decisão. Mais uma vez, as medições do potencial zeta podem esclarecer essa escolha. No gráfico abaixo, fica claro que é necessária cerca de 100 vezes menos gesso do que alúmen para este material. Isso não é inesperado, visto que o íon alumínio trivalente (^Al³⁺) presente no alúmen é conhecido por ser mais eficaz do que o íon cálcio divalente (^Ca²⁺) presente no gesso.

Monitoramento de mudanças

Em muitos processos, a natureza dos resíduos evolui ao longo do tempo. As matérias-primas mudam, afetando a natureza dos resíduos. Melhorias no processo a montante podem diminuir a quantidade ou o tipo de resíduo. Assim, o comportamento dos resíduos mudará com o tempo e deve ser monitorado. A frequência das medições dependerá da estabilidade do processo que alimenta o fluxo de resíduos.