Água
Antecedentes
A água é um composto químico necessário à maioria das plantas e animais na Terra para sustentar a vida. A água pura é um líquido transparente, insípido e inodoro. Em pequenas quantidades é incolor, mas assume uma tonalidade azulada em grandes quantidades. A água é um excelente solvente e, como resultado, geralmente contém uma grande variedade de minerais dissolvidos e outros produtos químicos. Ele também pode transportar e suportar bactérias. A maior parte da água distribuída pelos sistemas municipais de água é tratada para remover substâncias nocivas. Algumas águas engarrafadas passam por um tratamento ainda maior para remover quase todas as impurezas. A palavra em inglês água é derivada da palavra alemã wasser, que por sua vez é derivado de uma antiga palavra indo-européia que significa molhar ou lavar.
O uso controlado de água data de pelo menos 8.000
O tratamento precoce da água estava surpreendentemente avançado, embora raramente fosse praticado. Um antigo manuscrito em sânscrito, do que hoje é a Índia, aconselha que a água potável deve ser mantida em recipientes de cobre, exposta à luz do sol e filtrada através do carvão. Inscrições egípcias antigas dão conselhos semelhantes. Muitos desses métodos ainda são usados hoje. Em cerca de 400 a.C. , o médico grego Hipócrates sugeriu que a água deveria ser fervida e passada por um pano. Apesar dessas referências iniciais, a maioria das pessoas bebia água não tratada de córregos ou poços subterrâneos. Desde que não houvesse fontes de contaminação nas proximidades, esta era uma solução satisfatória.
À medida que a população da Europa e de outras partes do mundo civilizado crescia, suas fontes de água ficavam cada vez mais contaminadas. Em muitas cidades, os rios que serviam como fontes primárias de água potável estavam tão contaminados com esgoto que pareciam fossas abertas. Cólera, febre tifóide e muitas outras doenças transmitidas pela água cobraram seu preço. Em 1800, William Cruikshank, da Inglaterra, demonstrou que pequenas doses de cloro matariam os germes na água. Na década de 1890, vários municípios descobriram que filtrar lentamente a água em leitos de areia também poderia reduzir significativamente a incidência de doenças. O clamor público por água potável chegou a tal ponto que, no início dos anos 1900, a maioria das grandes cidades dos Estados Unidos havia instalado algum tipo de sistema de tratamento de água.
Mesmo com o tratamento da água, a contaminação da água continuou a ser uma preocupação séria, visto que uma quantidade cada vez maior de resíduos industriais despejados nos rios e lagos do país. À medida que os efeitos adversos à saúde do chumbo, arsênico, pesticidas e outros produtos químicos se tornaram conhecidos, o governo federal dos Estados Unidos foi obrigado a aprovar a Lei de Controle da Poluição da Água de 1948. Esta foi a primeira legislação abrangente a definir e regular a qualidade da água. Ele foi seguido por uma série de requisitos cada vez mais rígidos, culminando nos atuais padrões de qualidade da água da Agência de Proteção Ambiental (EPA). Além dos padrões federais, a maioria dos estados tem suas próprias leis de qualidade da água e algumas leis estaduais são mais rigorosas do que as especificadas pela EPA.
Tipos de água
A água pura é uma entidade quase inexistente. A maior parte da água contém quantidades variáveis de minerais e sais dissolvidos, além de uma abundância de partículas suspensas, como lodo e material orgânico microscópico. Diferentes tipos de água são classificados pela presença ou ausência dessas impurezas.
A água da torneira, ou água municipal, passou por uma série de tratamentos para matar bactérias nocivas, remover sedimentos e eliminar odores desagradáveis. Ele também pode ter tido um ou mais produtos químicos adicionados por vários motivos.
A água dura contém grandes quantidades de sais de cálcio e magnésio. Isso faz com que o sabão forme coalhada. A água dura é ainda dividida em água temporariamente dura e água permanentemente dura. Água temporariamente dura contém bicarbonatos de cálcio e / ou magnésio, que reagem para formar uma substância dura chamada incrustação quando a água é aquecida. As incrustações podem entupir aquecedores de água quente e canos e deixar depósitos nos utensílios de cozinha. A água dura permanentemente contém sulfatos, cloretos ou nitratos de cálcio e / ou magnésio, que não são afetados pelo aquecimento. A água mole contém quantidades relativamente baixas de sais de cálcio e magnésio, embora a definição de "baixo" varie. O termo "água amolecida" refere-se à água dura que teve sais suficientes removidos quimicamente para evitar a formação de coalhada de sabão. É rico em cloreto de sódio.
Se a água contém uma grande quantidade de minerais dissolvidos, é chamada de água mineral. As águas minerais podem ser divididas em cinco classes principais:salinas, alcalinas, ferrunginosas, sulfurosas e potáveis. A água salina tem um alto teor de sulfato de sódio ou magnésio ou cloreto de sódio. Água alcalina tem uma alta concentração de sais que lhe conferem um pH na faixa de cerca de 7,2-9,5, onde um pH de 7 é neutro e um pH de 14 é altamente alcalino. Água ferrugenta é rica em ferro, o que lhe dá uma cor enferrujada. A água sulfurosa é rica em compostos de enxofre e se distingue pelo cheiro de ovo podre. A água potável tem um conteúdo mineral inferior a 500 partes por milhão e é mais comumente engarrafada e vendida como uma água potável especial.
Água carbonatada, água com gás e água com gás contêm dióxido de carbono dissolvido. Isso pode ocorrer naturalmente onde calcário ou outras rochas carbonáticas estão presentes, ou o dióxido de carbono pode ser adicionado artificialmente sob pressão.
A água de nascente e a água de poço artesiano distinguem-se apenas pelo facto de fluirem do solo de forma natural, sem o auxílio de perfuração ou bombagem. Caso contrário, não há nada que os torne diferentes do que a água de outras fontes.
A água destilada foi purificada por um processo de evaporação-condensação que remove a maioria, mas não todas as impurezas. A água desionizada foi purificada por um processo de troca iônica, que remove íons positivos, como cálcio e sódio, e íons negativos, como cloretos e bicarbonatos. Às vezes é chamada de água desmineralizada. Água purificada é água municipal que passou por filtração de carbono, destilação, desionização, osmose reversa, esterilização ultravioleta ou alguma combinação desses processos para remover quase todos os minerais e elementos químicos, bons e ruins.
Matérias-primas
Uma molécula de água consiste em dois átomos de hidrogênio ligados a um átomo de oxigênio. O símbolo químico é H 2 O. Água geralmente também contém uma ampla gama de materiais orgânicos e inorgânicos em solução ou suspensão.
No processo de tratamento de água para uso em um sistema municipal, vários produtos químicos podem ser adicionados. Isso inclui desinfetantes como cloro, cloramina ou ozônio; coagulantes como sulfato de alumínio, cloreto férrico e vários polímeros orgânicos; neutralizadores de acidez como soda cáustica ou cal; e produtos químicos para ajudar a prevenir a cárie dentária na forma de vários compostos de flúor.
O processo de tratamento
O processo específico de tratamento da água depende da aplicação pretendida. Alguma água, como a água usada para irrigar as plantações,
não recebe tratamento. Outras águas, como a água usada para fazer produtos farmacêuticos, são altamente purificadas. Aqui está uma série típica de operações usadas para tratar a água municipal para distribuição para residências e empresas.
Coleta
- 1 A maior parte da água municipal vem de duas fontes:água subterrânea e água superficial. A maior parte da água subterrânea é captada pela perfuração de poços na camada subterrânea que contém água, chamada de aquífero. Algumas águas subterrâneas sobem naturalmente na forma de nascentes. A água de superfície é captada por rios de represamento atrás de represas. A área circundante que deságua nos rios é chamada de bacia hidrográfica. Em muitos casos, o acesso e o uso da bacia hidrográfica são limitados para evitar a contaminação da água de escoamento.
- 2 Do poço ou barragem, a água é transportada para a estação de tratamento de água em canais abertos ou tubulações fechadas. Em alguns casos, o abastecimento de água é próximo ao município. Em outros casos, a água tem que ser transportada por muitas centenas de milhas (km) para chegar ao seu destino. Às vezes, a água é armazenada em reservatórios intermediários ao longo do caminho para garantir que sempre haverá um abastecimento adequado disponível para atender às necessidades flutuantes de uma cidade.
Desinfecção
- 3 Em algumas estações de tratamento de água, a água é inicialmente desinfetada pelo contato com o ar rico em ozônio em uma série de câmaras. Esta etapa é usada pela maioria das fábricas na Europa, mas apenas algumas fábricas nos Estados Unidos. O ozônio (03) é formado pela passagem de ar comprimido por um arco elétrico de alta tensão. Isso faz com que algumas das moléculas de oxigênio (02) no ar se dividam ao meio e se liguem novamente a outras moléculas de oxigênio para formar ozônio. O ozônio mata com eficácia a maioria dos germes e também destrói compostos, que causam sabores e odores desagradáveis. Ele tem uma vida relativamente curta, entretanto, e não permanece na água para protegê-lo durante o armazenamento e distribuição. Por isso, uma pequena dose de cloro ou cloramina é adicionada à água ao final do processo de tratamento.
Coagulando / floculando
- 4 A água passa então por um misturador flash, onde produtos químicos conhecidos como coagulantes são rapidamente misturados com a água. Os coagulantes alteram a carga elétrica em torno de quaisquer partículas suspensas na água e fazem com que elas se atraiam e se aglutinem ou coagulem.
- 5 A água se move lentamente através de uma série de câmaras onde é suavemente misturada pelo fluxo giratório. À medida que a água se mistura, as partículas carregadas continuam a chocar-se umas com as outras e a formar partículas ainda maiores, chamadas flocos.
Assentamento
- 6 A água flui para uma bacia ou tanque de sedimentação, onde os flocos pesados afundam. Algumas bacias de sedimentação possuem dois níveis para dobrar sua capacidade. O material que se deposita no fundo é aspirado para fora da bacia com um dispositivo semelhante a um aspirador de piscina e é depositado em uma bacia de retenção de sólidos. O material preso do filtro (etapa 7) também é adicionado à bacia de retenção de sólidos. Esses materiais combinados são enviados para um espessador de gravidade e, em seguida, para uma prensa de onde a maior parte da água é espremida. Os sólidos restantes são carregados em caminhões e transportados para um aterro sanitário para descarte.
Filtragem
- 7 A água parcialmente limpa passa por várias camadas de areia e carvão pulverizado, que retêm qualquer partícula muito pequena que permaneça na água. Alguns organismos prejudiciais também ficam presos dessa forma nas estações de tratamento de água que não usam ozônio como desinfetante inicial. As camadas de filtro são lavadas periodicamente para remover o material preso.
Adsorpting
- 8 Em algumas plantas, a água passa por uma camada de grânulos de carvão ativado. Contaminantes químicos na água aderem à superfície do carvão em um processo conhecido como adsorção de carbono.
Aeração
- 9 Em algumas áreas onde a água contém quantidades indesejáveis de ferro e manganês ou certos gases dissolvidos, a água é pulverizada no ar de grandes bacias para aerá-la. Quando a água se mistura com o ar, ela pega oxigênio, o que faz com que alguns dos contaminantes se espalhem. Outros contaminantes são removidos por evaporação.
Fluoretação
- 10 Em algumas estações de tratamento de água, um composto anti-séptico é adicionado à água para ajudar a prevenir a cárie dentária. O flúor ocorre naturalmente em algumas fontes de água e não são necessárias quantidades adicionais. No passado, a fluoretação foi um assunto muito debatido, e nem todos os municípios adicionam flúor à água.
Neutralizante
- 11 Outros produtos químicos podem ser adicionados à água para ajudar a reduzir a corrosão em canos e acessórios de encanamento. Isso é feito adicionando-se quantidades controladas de certos produtos químicos para ajustar o fator de pH a um nível neutro.
Distribuindo
- 12 Quando a água sai da estação de tratamento, ela recebe uma pequena dose de cloro ou cloramina para matar qualquer bactéria prejudicial que possa ter entrado no sistema de distribuição. Se a planta não usa ozônio como desinfetante inicial, uma quantidade maior de cloro ou cloramina é adicionada à água.
- 13 Depois que a água sai da planta, ela geralmente é armazenada em tanques ou reservatórios cobertos para protegê-la de contaminação. Em algumas áreas, essas instalações de armazenamento estão localizadas em uma altitude mais elevada do que o terreno circundante, e a água é bombeada para o tanque ou reservatório. Esta posição elevada de armazenamento fornece a pressão necessária para o fluxo adequado através das adutoras e canos de água dentro da cidade. Em outros casos, a água é armazenada em instalações no nível do solo e a pressão é fornecida por bombas elétricas que funcionam sob demanda.
Controle de qualidade
Os padrões federais e estaduais de qualidade da água estabelecem níveis máximos de contaminação para mais de 90 materiais orgânicos, inorgânicos, microbiológicos e radioativos que podem ser encontrados na água. Esses padrões são divididos em padrões primários, que abrangem materiais que podem ser prejudiciais aos humanos, e padrões secundários, que abrangem materiais e propriedades que podem afetar as qualidades estéticas, como sabor, odor e aparência. Um distrito típico de água pode realizar mais de 50.000 análises químicas e bacteriológicas do abastecimento de água a cada ano para garantir que os padrões sejam atendidos.
O Futuro
A preocupação do público com a água potável deve resultar em padrões de qualidade da água ainda mais rigorosos no futuro. Ironicamente, uma das preocupações mais recentes não é sobre a contaminação externa, mas sobre os efeitos de uma das substâncias comumente usadas para desinfetar a água - o cloro. Estudos realizados nos últimos 30 anos mostraram que o cloro forma certos compostos com os materiais orgânicos encontrados na água. Os compostos mais comuns são chamados de trihalometanos, ou THMs, que têm um risco de 1 em 10.000 de causar câncer quando ingeridos ou inalados por um longo período. Uma alternativa ao uso de cloro é a cloramina, que é uma combinação de amônia e cloro que não forma THMs tão prontamente. Muitas estações de tratamento de água já mudaram para cloramina. Outros desinfetantes alternativos incluem ozônio, luz ultravioleta, dióxido de cloro e um híbrido de ozônio e peróxido de hidrogênio chamado peroxônio.
Processo de manufatura
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