Purificação da água

Um perfil de camadas de cascalho, areia e areia fina usada numa estação de filtragem de areia lenta.

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Filtros de areia fina podem ser usados onde há terra e espaço suficientes, uma vez que a água flui muito lentamente através dos filtros. Estes filtros dependem de processos de tratamento biológico para a sua acção e não de filtração física. São cuidadosamente construídos utilizando camadas de areia graduadas, com a areia mais grossa, juntamente com alguma gravilha, na parte inferior e areia fina na parte superior. Os drenos na base transportam a água tratada para a desinfecção. A filtração depende do desenvolvimento de uma fina camada biológica, chamada camada zoogleal ou Schmutzdecke, na superfície do filtro. Um filtro de areia lento eficaz pode permanecer em serviço por muitas semanas ou mesmo meses, se o pré-tratamento for bem concebido, e produzir água com um nível muito baixo de nutrientes disponíveis, que os métodos físicos de tratamento raramente conseguem. Níveis muito baixos de nutrientes permitem que a água seja enviada com segurança através de sistemas de distribuição com níveis muito baixos de desinfectantes, reduzindo assim a irritação do consumidor em relação aos níveis ofensivos de cloro e subprodutos do cloro. Filtros de areia lentos não são retrolavados; eles são mantidos através da remoção da camada superior de areia quando o fluxo é eventualmente obstruído pelo crescimento biológico.

Uma forma específica de “larga escala” de filtro de areia lento é o processo de filtração de margens, no qual sedimentos naturais nas margens de um rio são usados para fornecer uma primeira fase de filtração de contaminantes. Embora tipicamente não seja suficientemente limpa para ser usada diretamente para água potável, a água obtida dos poços de extração associados é muito menos problemática do que a água do rio retirada diretamente do rio.

Filtragem com membrana

Filtros com membrana são amplamente usados para filtrar tanto água potável quanto esgoto. Para água potável, os filtros de membrana podem remover praticamente todas as partículas maiores que 0,2 μm – incluindo giardia e cryptosporidium. Os filtros de membrana são uma forma eficaz de tratamento terciário quando se deseja reutilizar a água para a indústria, para fins domésticos limitados, ou antes de descarregar a água em um rio que é utilizado pelas cidades mais a jusante. Eles são amplamente utilizados na indústria, particularmente para a preparação de bebidas (incluindo água engarrafada). Entretanto, nenhuma filtração pode remover substâncias que estão realmente dissolvidas na água, tais como fosfatos, nitratos e íons de metais pesados.

Remoção de íons e outras substâncias dissolvidas

As membranas de filtração por ultrafiltração usam membranas poliméricas com poros microscópicos quimicamente formados que podem ser usadas para filtrar substâncias dissolvidas, evitando o uso de coagulantes. O tipo de meio de membrana determina quanta pressão é necessária para fazer passar a água e que tamanhos de microrganismos podem ser filtrados.

Altrafiltração de troca de íons: Os sistemas de permuta iónica usam colunas com resina ou zeólito para substituir os iões indesejados. O caso mais comum é o amolecimento da água que consiste na remoção de íons Ca2+ e Mg2+ substituindo-os por íons Na+ ou K+ benignos (amigáveis ao sabão). As resinas de troca iónica também são utilizadas para remover iões tóxicos como nitrito, chumbo, mercúrio, arsénico e muitos outros.

Amolecimento preventivo::13.12-13.58 A água rica em dureza (iões cálcio e magnésio) é tratada com cal (óxido de cálcio) e/ou carbonato de sódio (carbonato de sódio) para precipitar o carbonato de cálcio para fora da solução utilizando o efeito ião comum.

Electrodeionização: A água é passada entre um eletrodo positivo e um negativo. As membranas de troca iônica permitem apenas a migração de íons positivos da água tratada para o eletrodo negativo e apenas íons negativos para o eletrodo positivo. A água desionizada de alta pureza é produzida continuamente, semelhante ao tratamento de troca de íons. A remoção completa dos íons da água é possível se as condições corretas forem atendidas. A água é normalmente pré-tratada com uma unidade de osmose inversa para remover contaminantes orgânicos não iônicos, e com membranas de transferência de gás para remover o dióxido de carbono. Uma recuperação de água de 99% é possível se o fluxo de concentrado for introduzido na entrada RO.

Desinfecção

Bombas utilizadas para adicionar as quantidades necessárias de produtos químicos à água clara numa instalação de purificação de água antes da distribuição. Da esquerda para a direita: hipoclorito de sódio para desinfecção, ortofosfato de zinco como inibidor de corrosão, hidróxido de sódio para ajuste de pH e flúor para prevenção de cáries.

A desinfecção é realizada tanto pela filtração de microrganismos nocivos como pela adição de produtos químicos desinfetantes. A água é desinfetada para matar qualquer patógeno que passe através dos filtros e para fornecer uma dose residual de desinfetante para matar ou inativar microrganismos potencialmente prejudiciais nos sistemas de armazenamento e distribuição. Possíveis patógenos incluem vírus, bactérias, incluindo Salmonella, Cólera, Campylobacter e Shigella, e protozoários, incluindo Giardia lamblia e outras criptosporidias. Após a introdução de qualquer agente desinfectante químico, a água é normalmente mantida em armazenamento temporário – muitas vezes chamado de tanque de contacto ou poço transparente – para permitir a acção desinfectante completa.

Desinfecção com cloro

O método de desinfecção mais comum envolve alguma forma de cloro ou seus compostos, tais como cloramina ou dióxido de cloro. O cloro é um oxidante forte que mata rapidamente muitos microrganismos nocivos. Como o cloro é um gás tóxico, existe o perigo de uma libertação associada ao seu uso. Este problema é evitado pelo uso de hipoclorito de sódio, que é uma solução relativamente barata utilizada em lixívia doméstica que liberta cloro livre quando dissolvido na água. As soluções de cloro podem ser geradas no local através da electrólise de soluções salinas comuns. Uma forma sólida, o hipoclorito de cálcio, liberta cloro em contacto com a água. O manuseio do sólido, no entanto, requer mais contato humano rotineiro através da abertura de sacos e derramamento do que o uso de cilindros de gás ou alvejante, que são mais facilmente automatizados. A geração de hipoclorito de sódio líquido é barata e também mais segura do que o uso de gás ou cloro sólido. Os níveis de cloro até 4 miligramas por litro (4 partes por milhão) são considerados seguros na água potável.

Todas as formas de cloro são amplamente utilizadas, apesar dos seus respectivos inconvenientes. Uma desvantagem é que o cloro de qualquer fonte reage com compostos orgânicos naturais na água para formar subprodutos químicos potencialmente nocivos. Estes subprodutos, trihalometanos (THMs) e ácidos haloacéticos (HAAs), são ambos cancerígenos em grandes quantidades e são regulados pela Agência de Protecção Ambiental dos Estados Unidos (EPA) e pela Inspecção de Água Potável no Reino Unido. A formação de THMs e ácidos haloaceticos pode ser minimizada pela remoção eficaz do maior número possível de orgânicos da água antes da adição de cloro. Embora o cloro seja eficaz na eliminação de bactérias, tem uma eficácia limitada contra protozoários patogénicos que formam cistos na água, tais como Giardia lamblia e Cryptosporidium.

Desinfecção do dióxido de cloro

O dióxido de cloro é um desinfectante de acção mais rápida do que o cloro elementar. É relativamente raramente utilizado porque em algumas circunstâncias pode criar quantidades excessivas de clorito, que é um subproduto regulado para níveis baixos permitidos nos Estados Unidos. O dióxido de cloro pode ser fornecido como uma solução aquosa e adicionado à água para evitar problemas de manuseio de gás; acúmulos de gás de dióxido de cloro podem detonar espontaneamente.

Cloraminação

O uso da cloramina está se tornando mais comum como desinfetante. Embora a cloramina não seja um oxidante tão forte, fornece um resíduo mais duradouro que o cloro livre devido ao seu menor potencial redox em comparação com o cloro livre. Também não forma facilmente THMs ou ácidos haloacéticos (subprodutos da desinfecção).

É possível converter cloro em cloramina adicionando amônia à água após a adição de cloro. O cloro e o amoníaco reagem para formar cloramina. Sistemas de distribuição de água desinfectados com cloraminas podem sofrer nitrificação, já que a amónia é um nutriente para o crescimento bacteriano, sendo os nitratos gerados como subproduto.

Desinfecção com ozono

Ozono é uma molécula instável que rapidamente desprende um átomo de oxigénio fornecendo um poderoso agente oxidante que é tóxico para a maioria dos organismos transportados pela água. É um desinfectante muito forte, de largo espectro, muito utilizado na Europa e em alguns municípios dos Estados Unidos e Canadá. A desinfecção do ozono, ou ozonização, é um método eficaz para inactivar os protozoários nocivos que formam cistos. Também funciona bem contra quase todos os outros agentes patogénicos. O ozônio é feito pela passagem de oxigênio através da luz ultravioleta ou por uma descarga elétrica “fria”. Para usar o ozônio como desinfetante, ele deve ser criado no local e adicionado à água por contato com a bolha. Algumas das vantagens do ozônio incluem a produção de menos subprodutos perigosos e a ausência de problemas de sabor e odor (em comparação com a cloração). Não há ozono residual na água. Na ausência de um desinfetante residual na água, cloro ou cloramina podem ser adicionados através de um sistema de distribuição para remover qualquer potencial patógeno na tubulação de distribuição.

Ozônio tem sido usado em plantas de água potável desde 1906 onde a primeira planta industrial de ozonização foi construída em Nice, França. A Food and Drug Administration dos EUA aceitou o ozono como sendo seguro; e é aplicado como agente antimicrobiológico para o tratamento, armazenamento e processamento de alimentos. No entanto, embora menos subprodutos sejam formados pela ozonização, foi descoberto que o ozônio reage com íons brometo na água para produzir concentrações do bromato cancerígeno suspeito. O brometo pode ser encontrado no suprimento de água doce em concentrações suficientes para produzir (após a ozonização) mais de 10 partes por bilhão (ppb) de bromato – o nível máximo de contaminante estabelecido pela USEPA. A desinfecção com ozono é também intensiva em energia.

Sinfecção UVravioleta

A luz ultravioleta (UV) é muito eficaz na inativação de cistos, em águas de baixa turbidez. A eficácia de desinfecção da luz UV diminui à medida que a turbidez aumenta, resultado da absorção, dispersão e sombreamento causados pelos sólidos em suspensão. A principal desvantagem do uso da radiação UV é que, tal como o tratamento com ozono, não deixa desinfectante residual na água; portanto, por vezes é necessário adicionar um desinfectante residual após o processo de desinfecção primária. Isto é frequentemente feito através da adição de cloraminas, discutido acima como um desinfetante primário. Quando usadas desta forma, as cloraminas fornecem um desinfetante residual eficaz com muito poucos dos efeitos negativos da cloração.

Mais de 2 milhões de pessoas em 28 países em desenvolvimento usam a Desinfecção Solar para o tratamento diário da água potável.

Radiação ionizante

Como UV, radiação ionizante (raios X, raios gama e feixes de electrões) tem sido usada para esterilizar água.

Brominação e iodinização

Bromina e iodo também podem ser usados como desinfectantes. No entanto, o cloro na água é mais de três vezes mais eficaz como desinfectante contra Escherichia coli do que uma concentração equivalente de bromo, e mais de seis vezes mais eficaz do que uma concentração equivalente de iodo. O iodo é comumente usado para purificação de água portátil, e o bromo é comum como desinfetante de piscinas.

Purificação de água portátil

Os dispositivos e métodos de purificação da água portátil estão disponíveis para desinfecção e tratamento em situações de emergência ou em locais remotos. A desinfecção é o objetivo principal, uma vez que considerações estéticas como sabor, odor, aparência e contaminação química não afetam a segurança a curto prazo da água potável.

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Opções adicionais de tratamento

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1. Fluoretação da água: em muitas áreas o flúor é adicionado à água com o objetivo de prevenir a cárie dentária. O flúor é normalmente adicionado após o processo de desinfecção. Nos EUA, a fluorização é geralmente realizada pela adição de ácido hexafluorosilícico, que se decompõe na água, produzindo íons de flúor.
2. Acondicionamento da água: Este é um método para reduzir os efeitos da água dura. Em sistemas de água sujeitos à dureza de aquecimento os sais podem ser depositados, pois a decomposição dos íons bicarbonato cria íons carbonato que precipitam para fora da solução. A água com altas concentrações de sais de dureza pode ser tratada com carbonato de sódio, que precipita o excesso de sais, através do efeito iônico comum, produzindo carbonato de cálcio de altíssima pureza. O carbonato de cálcio precipitado é tradicionalmente vendido aos fabricantes de pasta de dentes. Diversos outros métodos de tratamento de água industrial e residencial são afirmados (sem aceitação científica geral) para incluir o uso de campos magnéticos e/ou elétricos reduzindo os efeitos da água dura.
3. Redução de plumbosolvência: Em áreas com águas naturalmente ácidas de baixa condutividade (ou seja, chuva de superfície em montanhas de rochas ígneas), a água pode ser capaz de dissolver o chumbo de qualquer tubulação de chumbo em que seja transportada. A adição de pequenas quantidades de íon fosfato e o aumento ligeiro do pH ajudam a reduzir grandemente a plumbossolvência, criando sais de chumbo insolúveis nas superfícies internas dos tubos.
4. Retirada de Rádio: Algumas fontes de água subterrânea contêm rádio, um elemento químico radioativo. Fontes típicas incluem muitas fontes de água subterrânea ao norte do rio Illinois, em Illinois, Estados Unidos da América. O rádio pode ser removido por troca iônica, ou por condicionamento da água. A descarga traseira ou lama que é produzida é, no entanto, um resíduo radioativo de baixo nível.
5. Retirada de glúoretos: Embora o flúor seja adicionado à água em muitas áreas, algumas áreas do mundo têm níveis excessivos de flúor natural na água da fonte. Níveis excessivos podem ser tóxicos ou causar efeitos cosméticos indesejáveis, como manchas nos dentes. Métodos para reduzir os níveis de flúor são através de tratamento com alumina ativada e meios filtrantes de carvão ativado.