Sais comuns que contêm carbono em soluções aquosas e seu tratamento
Os compostos que contêm carbono são comuns na água, mas a sua forma depende do pH e dos outros iões dissolvidos. Na água, os sais solúveis de carbonato e bicarbonato dissociam-se em iões; os carbonatos pouco solúveis podem ocorrer como minerais ou incrustações precipitadas, em vez de moléculas de sal dissolvidas.
Distinção importante: «Carbono na água» pode referir-se a carbono inorgânico (CO2, bicarbonato e carbonato) ou a carbono orgânico (como DOC e TOC). Esta página centra-se em compostos comuns de carbonato e bicarbonato; não abrange toda a variedade de carbono orgânico presente na água.
Sais e compostos comuns que contêm carbono em sistemas aquosos
| Composto de carbonato ou bicarbonato | Fórmula | Aplicação / setor / utilização típica | Correntes aquosas típicas em que ocorre |
|---|---|---|---|
| Carbonato de cálcio (calcite, aragonite, calcário) | CaCO3 | Construção e processamento de minerais; amaciamento com cal e neutralização; mineral comum em incrustações. | Águas subterrâneas e águas de processo em contacto com rochas carbonatadas; lamas de amaciamento, águas do processamento de minerais e depósitos de incrustações de carbonato. |
| Bicarbonato de cálcio (cálcio e bicarbonato em solução aquosa) | Ca2+ + 2HCO3− (frequentemente escrito como Ca(HCO3)2) | Uma representação conveniente da dureza carbonatada na química das águas naturais, não sendo geralmente um sal estável isolado e manuseado como produto seco. | Águas subterrâneas e superficiais nas quais a água com CO2 dissolvido dissolveu calcário ou outros minerais carbonatados. |
| Carbonato de magnésio (magnesite e fases relacionadas) | MgCO3 | Processamento de minerais, materiais refratários e produção de produtos químicos especializados. | Águas de regiões com minerais carbonatados e correntes do processamento de minerais; o magnésio dissolvido é frequentemente acompanhado de bicarbonato, enquanto as fases sólidas de carbonato de magnésio dependem das condições. |
| Bicarbonato de sódio | NaHCO3 | Produção alimentar e química, tamponamento e aplicações específicas de tratamento de água. | Águas naturais com alcalinidade devida a bicarbonatos, correntes de dosagem e enxaguamento e águas de processo concentradas. |
| Carbonato de sódio (barrilha) | Na2CO3 | Fabrico de vidro e detergentes, ajuste do pH e amaciamento da água. | Soluções de processo e águas residuais em que se utiliza barrilha; concentrados e correntes de limpeza. |
| Bicarbonato de potássio e carbonato de potássio | KHCO3, K2CO3 | Aplicações alimentares, em fertilizantes, produtos químicos especializados e controlo do pH. | Águas de processo e de lavagem pertinentes quando se utilizam estes produtos químicos; as concentrações dependem da dosagem e da subsequente diluição ou recuperação. |
| Bicarbonato de amónio e carbonato de amónio | NH4HCO3, (NH4)2CO3 | Processos alimentares, de fertilizantes e químicos. | Águas de processo e águas residuais associadas à utilização de sais de amónio; a especiação de amoníaco/amónio e carbonato varia com o pH e a temperatura. |
| Carbonato de ferro(II) (siderite) | FeCO3 | Depósitos minerais que contêm ferro e sistemas geoquímicos; pode formar depósitos em ambientes redutores. | Algumas águas subterrâneas redutoras e águas de minas ou de processo em que o ferro dissolvido e a química dos carbonatos permitem a precipitação. |
A solubilidade e a especiação dependem da química da água
Sais solúveis como o bicarbonato de sódio dissociam-se em iões na água. As expressões «bicarbonato de cálcio» e «bicarbonato de magnésio» descrevem habitualmente combinações de iões metálicos e bicarbonato em solução aquosa; não devem ser confundidas com moléculas estáveis e não dissociadas numa solução diluída. Minerais carbonatados como a calcite e a siderite têm solubilidade limitada, e a sua formação depende do pH, da temperatura, da pressão, da força iónica e das concentrações dos iões relevantes.
À medida que o pH varia, altera-se o equilíbrio entre o CO2 dissolvido, o bicarbonato e o carbonato. O carbonato de cálcio ou de magnésio pode precipitar quando a água fica sobressaturada. Em salmouras concentradas, as atividades e interações entre iões diferem das condições de água pura diluída; por isso, tabelas simples de solubilidade não permitem, por si só, prever a precipitação ou a formação de incrustações numa instalação em funcionamento.
Possíveis vias de tratamento
O processo adequado depende de o objetivo ser remover iões dissolvidos, controlar a alcalinidade ou as incrustações, reduzir o carbono orgânico ou recuperar e gerir um concentrado. As vias abaixo são exemplos a avaliar, não recomendações universais.
| Objetivo do tratamento de água | Tecnologias possíveis | Fatores importantes para a seleção |
|---|---|---|
| Reduzir a dureza ou controlar a precipitação de carbonato de cálcio | Amaciamento com cal, ajuste do pH/da alcalinidade, precipitação e separação de sólidos | Dureza, alcalinidade, pH, temperatura, gestão das lamas e concentração residual pretendida. |
| Reduzir os iões carbonato/bicarbonato dissolvidos e os sais dissolvidos em geral | Osmose inversa (RO), nanofiltração (NF) ou eletrodiálise (ED/EDR) | A separação por membranas depende das espécies presentes, da composição química da água de alimentação, do pré-tratamento, da taxa de recuperação e da gestão do concentrado. A separação por NF varia consoante o ião e a membrana; é necessário testar o desempenho em função do objetivo pretendido. |
| Gerir o dióxido de carbono livre dissolvido | Arejamento ou desgaseificação, por vezes combinados com ajuste do pH ou tratamento posterior | Transferência de gás, alcalinidade, pH, temperatura e qualidade final exigida para a água. |
| Reduzir determinados compostos orgânicos ou a matéria orgânica biodegradável | Tratamento biológico ou adsorção em carvão ativado | O carvão ativado destina-se à remoção de compostos orgânicos adsorvíveis, não de iões bicarbonato ou carbonato; o desempenho depende do composto-alvo e da presença de outras substâncias concorrentes. |
| Concentrar ou gerir um resíduo que contém carbonatos | Concentração por membranas, precipitação/cristalização e, quando se justificar, descarga líquida zero (ZLD) | Controlo da incrustação, consumo de energia, pureza dos sais, gestão dos resíduos e balanço hídrico global. |
Mais informações: carbono na água, alcalinidade e água, carbonato e bicarbonato na água de irrigação, e adsorção em carvão ativado.
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Última revisão: pela Lenntech.