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Floculação: Poliacrilamidas aceleram remoção de sólidos suspensos dos efluentes tratados
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Texto: Danilo Silva Pegoraro
As águas residuais produzidas por diferentes tipos de indústrias normalmente contêm sólidos suspensos muito finos, sólidos dissolvidos, partículas inorgânicas e orgânicas, metais e outras impurezas (Chai Siah Lee J. R., 2014). Devido ao tamanho muito pequeno das partículas e à presença de carga superficial, a tarefa de aglutiná-las, aumentando sua massa para decantação e filtração, torna-se um desafio principalmente para as indústrias porque devem tratar grandes volumes de águas residuais (Divakaran, 2001) (Nasser, 2006).
Existem vários tipos de componentes de tamanho variável encontrados em águas residuais que podem ser removidos por métodos de coagulação-floculação: moléculas (< 1 nm), materiais coloidais (1 a 1.000 nm) e sólidos em suspensão (> 1 µm). Espécies moleculares podem incluir sais e compostos orgânicos ou inorgânicos com variável solubilidade em água. Coloides são partículas muito pequenas que apresentam fenômenos de dispersão da luz, consequência de seu tamanho comparável ao comprimento de onda da luz incidente. Coloides exibem propriedades físico-químicas únicas, como elevada área de superfície, alta energia interfacial e alta relação superfície-carga (Lee D. Wilson, 2014) (R. Alex Speers, 1992).
Entre os difundidos métodos, a coagulação e floculação são dois dos processos de separação sólido-líquido mais amplamente utilizados para a remoção de sólidos suspensos e dissolvidos, coloides e matéria orgânica presente nas águas residuais. Esses processos, geralmente desenvolvidos em sequência, são uma combinação de procedimentos físicos e químicos (Renault, 2009).
Embora os termos coagulação e floculação sejam frequentemente utilizados indistintamente, o simples termo "floculação" é usado para descrever ambos. De fato, coagulação e floculação são dois processos distintos. Coagulantes neutralizam as cargas elétricas repulsivas (geralmente negativas) que cercam as partículas, permitindo-lhes "ficarem juntas". Floculantes facilitam a aglomeração das partículas para formar flocos maiores e, assim, acelerar a sedimentação gravitacional (Borchate S.S, 2014). Portanto, coagulantes e floculantes são agentes químicos que promovem a agregação, aglomeração e a sedimentação de partículas suspensas em solução. À primeira vista, tanto a coagulação-como a floculação são processos simples; no entanto, a desestabilização das partículas dispersas requer uma compreensão da estabilidade coloidal. Muitos tipos de partículas podem sedimentar por conta própria ao longo do tempo. Entretanto, isso pode levar dias ou meses, dependendo do tamanho de partícula e de sua estabilidade coloidal. A desestabilização de um sistema coloidal com um coagulante ou floculante apropriado permite a formação de uma rede de flocos que facilita a remoção dos sólidos por métodos físicos (Lee D. Wilson, 2014).
Estabilidade coloidal – Grande parte das partículas adquire cargas elétricas superficiais, quando em contato com um meio polar, mediante mecanismos que envolvem ionização, dissociação e/ou adsorção das moléculas da superfície da partícula. A carga superficial influencia a distribuição espacial dos íons circundantes a ela, atraindo os íons de carga oposta (contra-íons) e repelindo os de mesma carga (co-íons). Estes efeitos, somados aos efeitos de movimento browniano, fazem com que seja formada a dupla camada elétrica. O modelo da dupla camada elétrica consiste em uma superfície carregada, uma camada de contra-íons para neutralizá-la e, afastada desta superfície, uma segunda camada contendo co-íons e contra-íons com distribuição e concentração diferente daquelas do meio eletrolítico (seio da solução). O efeito que uma superfície carregada produz sobre a distribuição de íons ao seu redor, bem como a variação do potencial elétrico em função da distância a partir da superfície carregada foi descrito por Helmholtz (1897), Gouy (1910), Chapman (1917), Debye e Huckel (1923) e Stern (1924), como apresentado no esquema da Figura 1 (Daltin, 2011) (Shaw, 1992).
Figura 1 – Representação esquemática da dupla camada elétrica (Daltin, 2011).
A Figura 1 representa o modelo da dupla camada elétrica estruturado em regiões:
Camada de Stern (compacta): constituída por uma camada de contra-íons adsorvidos sobre a superfície da partícula devido à atração eletrostática. Estes contra-íons se apresentam separados entre si, devido à repulsão eletrostática, e somente serão deslocados caso haja diminuição da constante dielétrica do meio.
Plano de cisalhamento: interface entre as camadas de Stern e difusa, resultante da movimentação da partícula carregada que carrega uma camada de solvatação e os íons.
Camada difusa: camada de espessura variável, em que contra-íons e co-íons se movimentam livremente. A espessura da camada difusa varia com a densidade de carga superficial da partícula e a quantidade de eletrólito existente no meio. O aumento da força iônica do meio provoca a compressão da camada difusa pela elevação da força osmótica e, consequentemente, a diferença de potencial químico entre as duas camadas diminui com a estabilidade do sistema. A variação do potencial eletrostático ? com a distância pode ser descrita pelas equações (1a e 1b) (Shaw, 1992):