O valor do pH é um parâmetro fundamental no tratamento de águas industriais e de águas residuais. Define a acidez ou alcalinidade de uma solução e tem uma influência significativa nos processos químicos, físicos e biológicos nas estações de tratamento de água e de águas residuais. Uma boa compreensão do valor do pH é crucial para a otimização de processos como a precipitação, floculação, neutralização, biodegradação e proteção contra a corrosão.
Índice
Definição e princípios químicos
O valor do pH descreve a concentração de iões de hidrogénio (H⁺) numa solução e é definido pela seguinte equação logarítmica:
pH = -log10[H+]
- Gama neutra: pH = 7 (por exemplo, água pura).
- Saurer Bereich: pH < 7 (z. B. Abwasser mit Schwefelsäure).
- Gama alcalina: pH > 7 (por exemplo, água de arrefecimento com aditivos alcalinos).
A escala logarítmica significa que uma alteração de uma unidade corresponde a um aumento de dez vezes na concentração de H⁺.
Importância do valor do pH nas reacções químicas:
- Os iões H⁺ dominam na gama ácida.
- Os iões hidróxido (OH-) dominam na gama alcalina.
O valor do pH tem uma influência significativa na solubilidade, na velocidade de reação e nos estados de equilíbrio das reacções químicas.
Importância do valor do pH no tratamento da água
Proteção contra a corrosão:
- Valores de pH extremamente baixos ou elevados favorecem a corrosão das tubagens e dos componentes do sistema.
- As gamas de pH óptimas (por exemplo, 8-8,5 para a água de arrefecimento) minimizam a corrosão e garantem a segurança operacional.
- O valor do pH controla a precipitação de sais pouco solúveis, como o carbonato de cálcio ou o hidróxido de ferro.
- A gama óptima para a precipitação de metais situa-se frequentemente na gama alcalina (pH 8-11).
- Os microrganismos nas fases de tratamento biológico (por exemplo, processo de lamas activadas) necessitam de uma gama de pH estável (6,5-8,5) para um crescimento e uma atividade metabólica óptimos.
- A eficácia dos precipitantes, como os sais de ferro ou de alumínio, depende em grande medida do valor do pH.
- Os ácidos e os álcalis são doseados para ajustar o valor do pH a intervalos óptimos.
Foto: Secção de reação de um sistema de neutralização de pH controlado com dosagem automática de ácido e alcalino(ALMA Neutra)
Influência do valor do pH no tratamento de águas residuais
Neutralização:
- As águas residuais industriais podem ser altamente ácidas (por exemplo, devido ao ácido sulfúrico na indústria metalúrgica) ou alcalinas (por exemplo, devido a soluções alcalinas do processamento têxtil).
- Os sistemas de neutralização utilizam ácidos (por exemplo, ácido sulfúrico) ou álcalis (por exemplo, soda cáustica) para colocar o valor do pH no intervalo admissível (por exemplo, pH 6-9, de acordo com os requisitos legais).
Remoção de metais pesados:
- Muitos metais (por exemplo, zinco, níquel) só precipitam como hidróxidos em intervalos de pH específicos (frequentemente pH 8-10).
- O controlo preciso do valor do pH é crucial para separar os metais pesados nos sistemas de PC.
Oxidação e redução:
- O valor do pH influencia a eficiência dos agentes oxidantes químicos (por exemplo, ozono, peróxido de hidrogénio) e dos agentes redutores (por exemplo, compostos de enxofre).
- Por exemplo, a oxidação do amoníaco pelo cloro só é eficaz a valores de pH inferiores a 8.
Foto: Exemplo de um sistema de neutralização de CO2 no módulo ALMA para uma leitaria(ALMA Neutra)
Medição e controlo do valor do pH
Métodos de medição:
- Eléctrodos de pH: Método padrão, baseado num elétrodo de membrana de vidro que gera uma tensão eléctrica em função do valor do pH.
- Dispositivos de medição de pH em linha: Monitorização contínua em fluxos de água e de águas residuais.
- Medições fotométricas: Utilização de soluções indicadoras para determinar o valor do pH, especialmente em análises laboratoriais.
Regulamento:
- Bombas doseadoras: Para a adição precisa de ácidos ou álcalis.
- Circuitos de controlo do pH: Sistemas de controlo que monitorizam continuamente e ajustam automaticamente o valor do pH.
- Misturadores estáticos: promovem a mistura de águas residuais e reagentes para homogeneizar o valor do pH.
Calibração dos sensores:
- A calibração regular dos sensores de pH com soluções tampão (por exemplo, pH 4, pH 7, pH 10) é necessária para garantir valores de medição exactos.
Desafios no controlo do valor do pH
Capacidade tampão:
- A água com uma alcalinidade elevada (por exemplo, tampão de carbonato) requer maiores quantidades de ácidos ou álcalis para ajustar o pH.
- Solução: Otimização das estratégias de dosagem tendo em conta a química da água.
Cargas dinâmicas:
- As fortes flutuações no afluxo de águas residuais podem tornar o controlo do pH mais difícil.
- Solução: Utilização de tanques-tampão ou sistemas de controlo inteligentes.
Compatibilidade de materiais:
- Com valores de pH extremos, existe o risco de danos materiais (por exemplo, em sensores ou tubagens).
- Solução: Utilizar materiais resistentes à corrosão, como o PTFE ou o aço inoxidável.
Conclusão
O valor do pH é um parâmetro fundamental no tratamento de águas industriais e de águas residuais. Influencia quase todos os processos químicos, físicos e biológicos numa instalação. A medição, regulação e controlo precisos do valor de pH são essenciais para garantir a estabilidade do processo, a eficiência e a conformidade com os requisitos legais. Os engenheiros e operadores têm de dominar tanto os princípios químicos como os desafios práticos do controlo do pH, de modo a garantir uma conceção e funcionamento optimizados das instalações.
Para mais informações sobre os nossos produtos, não hesite em contactar-nos a qualquer momento!
Foto: Exemplo de um sistema de neutralização em conceção modular ALMA com tanque de mistura e equalização(ALMA Neutra)
