Efeito da aplicação de PAC no tratamento de água em usinas termelétricas

1. Pré-tratamento da água de reposição

Corpos d'água naturais frequentemente contêm lama, argila, húmus e outras matérias em suspensão, impurezas coloidais, bactérias, fungos, algas, vírus e outros microrganismos. Essas substâncias possuem certa estabilidade na água e são as principais causas de turbidez, cor e odor. O excesso dessas substâncias orgânicas entra no trocador iônico, contamina a resina, reduz sua capacidade de troca e pode até afetar a qualidade do efluente do sistema de dessalinização. O tratamento por coagulação, decantação e filtração tem como principal objetivo remover essas impurezas, reduzindo o teor de matéria em suspensão na água para menos de 5 mg/L, ou seja, obtendo-se água clarificada. Esse processo é chamado de pré-tratamento da água. Após o pré-tratamento, a água só poderá ser utilizada como água para caldeiras quando os sais dissolvidos forem removidos por troca iônica e os gases dissolvidos forem removidos por aquecimento, vácuo ou sopro. Se essas impurezas não forem removidas previamente, o tratamento subsequente (dessalinização) não poderá ser realizado. Portanto, o tratamento por coagulação é uma etapa importante no processo de tratamento de água.

O processo de pré-tratamento em usinas termelétricas é o seguinte: água bruta → coagulação → precipitação e clarificação → filtração. Os coagulantes comumente utilizados no processo de coagulação são o cloreto de polialumínio, o sulfato de poliférrico, o sulfato de alumínio, o tricloreto férrico, etc. A seguir, serão apresentadas principalmente as aplicações do cloreto de polialumínio.

O policloreto de alumínio, também conhecido como PAC, é produzido a partir de cinzas ou minerais de alumínio como matéria-prima. A reação entre alumínio e cinzas em alta temperatura e pressão resulta em um polímero. Como as matérias-primas e o processo de produção variam, as especificações do produto também diferem. A fórmula molecular do PAC é [Al₂(OH)ₙCl₆₋ₙ]ₘ, onde n pode ser qualquer número inteiro entre 1 e 5, e m é um número inteiro de 10 átomos. O PAC pode ser encontrado nas formas sólida e líquida.

2. Mecanismo de coagulação

Existem três efeitos principais dos coagulantes sobre as partículas coloidais na água: neutralização elétrica, formação de pontes de adsorção e arraste. Qual desses três efeitos é o principal depende do tipo e da dosagem do coagulante, da natureza e do teor de partículas coloidais na água e do valor do pH da água. O mecanismo de ação do policloreto de alumínio é semelhante ao do sulfato de alumínio, e o comportamento do sulfato de alumínio na água refere-se ao processo de produção de diversas espécies hidrolisadas pelo Al³⁺.

O policloreto de alumínio pode ser considerado como vários produtos intermediários no processo de hidrólise e polimerização do cloreto de alumínio em Al(OH)3 sob certas condições. Ele está diretamente presente na água na forma de várias espécies poliméricas e Al(OH)a(s), sem o processo de hidrólise do Al3+.

3. Aplicação e fatores de influência

1. Temperatura da água

A temperatura da água tem influência significativa no efeito do tratamento de coagulação. Quando a temperatura da água é baixa, a hidrólise do coagulante é mais difícil, especialmente quando a temperatura da água é inferior a 5 °C, a taxa de hidrólise é lenta e o floculante formado apresenta estrutura frouxa, alto teor de água e partículas finas. Quando a temperatura da água é baixa, a solvatação das partículas coloidais é intensificada, o tempo de floculação é longo e a taxa de sedimentação é lenta. A pesquisa mostra que a temperatura da água entre 25 e 30 °C é mais adequada.

2. Valor do pH da água

O processo de hidrólise do policloreto de alumínio é um processo de liberação contínua de H+. Portanto, sob diferentes condições de pH, haverá diferentes intermediários de hidrólise, e o valor de pH ideal para o tratamento de coagulação do policloreto de alumínio geralmente situa-se entre 6,5 e 7,5. O efeito de coagulação é maior nessa faixa de pH.

3. Dosagem do coagulante

Quando a quantidade de coagulante adicionada é insuficiente, a turbidez residual na água de descarga é maior. Quando a quantidade é excessiva, devido à adsorção excessiva de coagulante pelas partículas coloidais na água, a propriedade de carga dessas partículas se altera, resultando em um novo aumento da turbidez residual no efluente. O processo de coagulação não é uma simples reação química, portanto, a dosagem necessária não pode ser determinada por cálculo, mas sim com base na qualidade específica da água. Quando a qualidade da água varia sazonalmente, a dosagem deve ser ajustada de acordo.

4. Meio de contato

No processo de tratamento por coagulação ou outros tratamentos de precipitação, a presença de uma certa quantidade de lama na água pode melhorar significativamente o efeito do tratamento por coagulação. Essa lama proporciona uma grande área de superfície que, por meio de adsorção, catálise e cristalização, potencializa a eficácia do tratamento por coagulação.

A coagulação-precipitação é um método amplamente utilizado para tratamento de água atualmente. O cloreto de polialumínio (PACL) é empregado como floculante no tratamento de água, apresentando bom desempenho coagulante, flocos grandes, menor dosagem, alta eficiência, precipitação rápida e ampla gama de aplicações. Comparado aos floculantes tradicionais, a dosagem pode ser reduzida em 1/3 a 1/2, gerando uma economia de 40% nos custos. Combinado com a operação de filtros sem válvulas e filtros de carvão ativado, a turbidez da água bruta é significativamente reduzida, a qualidade do efluente do sistema de dessalinização é melhorada, a capacidade de troca da resina de dessalinização também é aumentada, reduzindo os custos operacionais.