A capacidade tampão descreve a capacidade de um sistema aquoso para suportar flutuações no valor do pH devido à adição de ácidos ou bases. É uma propriedade fundamental no tratamento de águas industriais e de águas residuais, uma vez que muitos processos químicos e biológicos funcionam de forma óptima em intervalos de pH estreitos. Uma capacidade tampão insuficiente pode levar a processos instáveis, à corrosão de materiais e à utilização ineficiente de produtos químicos.

Noções básicas de capacidade-tampão

Definição de

A capacidade tampão é a quantidade de ácidos fortes ou bases fortes necessária para alterar o valor do pH de um sistema numa unidade. É frequentemente especificada em mmol/L/pH ou mg/L CaCO₃.

Base química

A capacidade tampão baseia-se na interação entre ácidos fracos e as suas bases conjugadas (ou vice-versa). Os seguintes equilíbrios químicos desempenham um papel central nos processos de tratamento de água:

1. Sistema ácido carbónico-bicarbonato:

   • Sistema tampão principal em águas naturais e tratadas.
   • Gama óptima de tampões: pH 6,3-10,3.

2. Sistema de fosfatos:

   • Relevante em águas residuais e processos biológicos.
   • Gama óptima de tampões: pH 2,1-12,3.

3. Sistema de amoníaco e amónio:

   • Tampão importante nas águas residuais biológicas.
   • Gama óptima de tampões: pH 8,3-9,3.

Importância da capacidade tampão na tecnologia da água e das águas residuais

1. estabilização dos processos

Muitos processos químicos e biológicos dependem do pH:

• Tratamento biológico de águas residuais:

  • Os microrganismos nos processos de lamas activadas ou nos reactores anaeróbios necessitam de valores de pH estáveis (6,5-8,5) para funcionarem eficazmente.
  • A flutuação da capacidade tampão pode inibir a atividade dos microrganismos.

• Precipitação química e floculação:

  • Processos como a precipitação de fosfato com sais de ferro ou alumínio são fortemente dependentes do pH.
  • Uma capacidade tampão suficiente evita desvios de pH durante a reação.

2. evitar a corrosão e os depósitos

• Uma baixa capacidade tampão aumenta a suscetibilidade a flutuações de pH, que podem promover a corrosão de tubagens, tanques e bombas.
• Valores de pH excessivamente elevados favorecem a formação de depósitos de calcário (incrustação), especialmente em sistemas com água dura.

3. otimização da utilização de produtos químicos

• Em sistemas de recirculação de água (por exemplo, circuitos de água de arrefecimento), uma capacidade tampão estável é crucial para evitar a sobredosagem ou a ineficiência quando se adicionam biocidas, inibidores ou reguladores de pH.

4. cumprimento dos requisitos legais

• As águas residuais com uma capacidade tampão instável podem apresentar valores de pH fora dos limites admissíveis (por exemplo, pH 6-9), o que pode conduzir a sanções ou a interrupções do processo.

Medição da capacidade tampão

A capacidade tampão é medida por titulação:

1. Titulação direta ácido/base:
   • Adicionar HCl 0,1 N (ácido) ou NaOH 0,1 N (base) à amostra.
   • Determinação da quantidade de ácido/base necessária para alterar o valor do pH em uma unidade.
2. Teste de alcalinidade:
   • Mede a concentração total de bicarbonato, carbonato e hidróxido.
   • Tipicamente expresso em mg/L CaCO₃.

Otimização da capacidade-tampão na prática

1. utilização de produtos químicos

• Bicarbonatos ou carbonatos:
  • Adicionar hidrogenocarbonato de sódio ou carbonato de cálcio para aumentar a capacidade tampão.
  • Aplicação: Estabilização de reactores biológicos.
• Fosfatos:
  • Adição de fosfato de sódio para melhorar o tamponamento em zonas ácidas.
• Hidróxidos:
  • Adição de solução de hidróxido de sódio para tamponamento na gama alcalina.

2. acompanhamento e controlo

• Controlo automatizado do pH:
  • Utilização de sensores e sistemas de controlo para a monitorização em tempo real dos valores de pH.
• Medição regular da alcalinidade:
  • Determinar a estabilidade a longo prazo do sistema.

3. conceção do sistema

• Recirculação da água de processo:
  • Reciclagem de água tratada com elevada alcalinidade para aumentar a capacidade tampão do sistema.
• Tanque-tampão:
  • Utilização de tanques de compensação para amortecer as fortes flutuações de pH.