Modelagem matemática utilizando a Teoria Dlvo de tetracloreto de titânio empregado como coagulante no tratamento de água

Abstract

As partículas em suspensão de água bruta das estações de tratamento de água formam um sistema coloidal estável que impede a agregação e sedimentação destas partículas. A coagulação é um dos métodos mais econômicos e eficientes para o tratamento da água e consiste na adição de um eletrólito que, entre outros mecanismos, comprime a dupla camada elétrica ao redor da superfície das partículas coloidais reduzindo as forças de repulsão entre elas. Os coagulantes mais utilizados no tratamento de água são o sulfato de alumínio e o cloreto férrico. Estudos mais recentes mostram que o tetracloreto de titânio é um coagulante alternativo eficiente. O principal modelo de estabilidade de sistemas coloidais é conhecido como teoria Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO). Este modelo considera somente as energias potenciais de interação de atração devido às forças de van der Waals e repulsão devido à sobreposição da dupla camada elétrica das partículas coloidais. Neste trabalho foi realizado o estudo teórico, utilizando a teoria DLVO, do coagulante tetracloreto de titânio, que, até o momento, possuiu poucos relatos (experimentais) acerca do seu funcionamento na literatura. Utilizando o software MATLAB, foi possível construir um modelo matemático com as energias potenciais de interação atrativa e repulsiva a fim de determinar a curva de energia potencial total de interação. Os parâmetros de concentração molar, potencial elétrico na superfície da partícula e tipo de coagulante foram alterados. O estudo mostrou que o tetracloreto de titânio apresenta um comportamento intermediário, quando comparado com coagulantes a base de alumínio e ferro. Este comportamento pode ser explicado pela força iônica do meio que influencia diretamente na compressão da dupla camada elétrica.

Suspended particles in wastewater are part of a colloidal dispersion. Coagulation is one of the most economical and efficient methods for the water treatment process, which consists of adding an electrolyte, that besides other mechanisms, compress the electrical double layer of colloidal particles. The most common coagulants in water treatment are aluminum sulfate and ferric chloride. Early studies showed that titanium tetrachloride is a great alternative coagulant in water treatment. Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO) theory explain the stability in colloidal dispersions. The DLVO theory uses the total-interaction potential energy resulting from a combination of attractive and repulsive potential energy contributions. Attractive and repulsive contributions come from van der Waals and electrical double layers overlap, respectively. In this study, titanium tetrachloride coagulant was evaluated using the DLVO theory and compared to aluminum sulfate and ferric chloride. MATLAB software allowed developing a mathematical model using the DLVO theory to create the curves of totalinteraction potential energy for the three coagulants in different parameters (molar concentration and surface electrical potential). The coagulation performance of titanium tetrachloride showed an intermediate behavior when compared to aluminum and ferric salts. The ionic strength plays an important role influencing electrical double layer overlap.