Processos de separação de misturas envolvendo o tratamento de águas residuais
Souza, A. S1*; Silva, J. E1; Cruz, M, A. M1; Silva, S.E. P1;Sá, R.A2.
*Amilton_souza2@hotmail.com
1-Universidade Federal de Pernambuco; Centro Acadêmico do Agreste; Licenciatura em Química.
2-Universidade Federal de Pernambuco; Centro Acadêmico do Agreste Núcleo de Formação Docente.
Souza, A. S1*; Silva, J. E1; Cruz, M, A. M1; Silva, S.E. P1;Sá, R.A2.
*Amilton_souza2@hotmail.com
1-Universidade Federal de Pernambuco; Centro Acadêmico do Agreste; Licenciatura em Química.
2-Universidade Federal de Pernambuco; Centro Acadêmico do Agreste Núcleo de Formação Docente.
Palavras chaves: Contextualização, Misturas, Tratamento de Água.
Resumo
Em síntese foi empregado com utilidade a contextualização e experimentação para suscita nos alunos o interesse de explorar dessa forma a compreensão de conceitos químicos envolvendo soluções, fases, misturas, sistemas e processos de separações de misturas através do tratamento da água, alem de promover uma conscientização precoce e útil, pois a água é um dos recursos naturais mais importantes da terra, mas tratando-se da atividade humana, grande agente gerador de resíduos, causa sérios problemas ambientais.
Introdução
A contextualização é entendida como um dos recursos para realizar aproximações entre conhecimentos escolares e situações presentes no dia-a-dia dos alunos. Contextualizar é problematizar e interpretar situações significativas para os alunos de forma que os conhecimentos químicos auxiliem na compreensão e resolução dos problemas. Argumenta-se sobre a potencialidade do tratamento contextualizado do conhecimento, que contempla e extrapola o âmbito conceitual e que, quando bem trabalhado, permite que, ao longo da transposição didática, o conteúdo do ensino provoque aprendizagens significativas que mobilizem o aluno e estabeleçam entre ele e o objeto do conhecimento uma relação de reciprocidade (MEC, 1999).
A não-contextualização da ciência química, por exemplo, pode ser responsável pelo alto nível de rejeição do estudo desta ciência pelos alunos, dificultando o processo de ensino. Fechando um círculo, terrivelmente pernicioso para a aprendizagem dos conteúdos químicos, temos uma formação ineficiente que não prepara os professores para a contextualização dos conteúdos (Zanon&Palharini, 1995).
Com relação à experimentação em química, observa-se que é componente indispensável no processo de ensino/aprendizagem dos diversos conteúdos do conhecimento científico – conceituais, procedimentais e atitudinais – no sentido de favorecer a construção de inter-relações entre a teoria e a prática, bem como relações entre as concepções prévias do aluno e as novas ideias que serão trabalhadas. A realização de atividades experimentais deve também proporcionar aos alunos oportunidades para o desenvolvimento de habilidades e competências, atitudes e valores, além da (re) construção de conceitos. A experimentação mostra-se bastante atrativa do ponto de vista dos alunos para apropriação dos conhecimentos químicos (Cavalcante & Silva, 2008).
No estudo do conteúdo misturas, é importante utilizar a contextualização e experimentação no cotidiano dos alunos. Segundo Usberco & Salvador (2002) mistura é formado por duas ou mais substâncias. Em nosso cotidiano dificilmente encontramos substâncias puras ou isoladas, tudo que nos cerca é formado por duas (2) ou mais substâncias, como é o caso da água, que é formada por hidrogênio e oxigênio formando uma solução H2O, podendo ainda ser compostos por mais substâncias, tendo como exemplo a água do mar, que é uma mistura de diversos componentes como: sódio (Na), cloro (Cl), Magnésio (Mg), Enxofre (S), Cálcio (Ca), entre outros (Usberco& Salvador, 2001).
As misturas são classificadas em: homogênea e heterogênea. È possível reconhecer se uma mistura é heterogênea com a ajuda de um microscópio ou até mesmo a olho nu. Muitas das rochas que formam a paisagem são percebidas a olho nu que são misturas heterogêneas. Já o leite, que parece uma substância pura, se observado com um microscópio, podemos ver os glóbulos da gordura do leite flutuando em um líquido que é principalmente água, sendo assim uma mistura heterogênea. Em algumas misturas, as moléculas ou íons componentes estão tão bem dispersos que a composição é a mesma em toda a amostra, independente do seu tamanho. Essas misturas são chamadas de misturas homogêneas. O melado, por exemplo, é uma mistura homogênea de açúcar e água. As moléculas de açúcar estão tão bem misturadas com a água que não podem ser identificadas regiões ou partículas separadas. Mesmo com a ajuda de um microscópio, não é possível distinguir uma substância pura de uma mistura homogênea (Atkins & Jones, 2007).
Existem várias técnicas de separação de mistura homogêneas e heterogêneas. Segundo Martha Reis (2001), essas técnicas são classificadas em catação, evaporação, flotação, filtração, centrifugação, decantação, destilação, entre outras. No dia-a-dia são usadas muitas técnicas que envolvem misturas heterogêneas, um exemplo é a catação e peneiração que é bastante usada na cozinha para a preparação do arroz, através da utilização de uma peneira. Entretanto, as misturas homogêneas são mais difíceis de serem realizadas no cotidiano, como por exemplo,no processo de produção do sal de cozinha, envolvendo evaporação. Neste processo a água do mar é represada em tanques e através de correntes de ar e sol, vai ocorrendo a evaporação do líquido (Martha Reis, 2001).
Esses processos de separações de misturas são muito usados no tratamento de águas residuais. De acordo com Di Bernardo, (1993), a água de qualquer qualidade pode ser, em princípio, transformada em água potável, porém, os custos envolvidos e a confiabilidade na operação e manutenção podem inviabilizar o uso de um determinado corpo d’água como fonte de abastecimento, a água consumida pelo ser humano deve obedecer a critérios de qualidade definidos por normas nacionais ou internacionais.
A água é um dos recursos naturais mais importantes da Terra, sendo imprescindível para a geração e manutenção de todas as formas de vida em nosso planeta. O volume total de água na Terra é estimado em 1,34 bilhões de km3, mas somente 2,7% deste valor correspondem à água doce, sendo que boa parte desta água encontra-se congelada nos pólos (cerca de três quartos) ou armazenada em depósitos subterrâneos (Bairddistribuição geográfica irregular e de má conservação da qualidade dos recursos hídricos, em todo o mundo cerca de 1,1 bilhão de pessoas sofrem com a falta de água para as suas necessidades mínimas e 2,4 bilhões não dispõem de programas de tratamento de água(http://www.aguaonline.com.br).
O Brasil é considerado um país privilegiado em termos de disponibilidade de recursos hídricos, pois possui cerca de 12% da água doce disponível no mundo (http://www.aguaonline.com.br). Até o final do século passado, a água era tida como um recurso abundante e praticamente inesgotável. Infelizmente esta concepção mostrou-se equivocada, pois constantes mudanças geoclimáticas vêm alterando a disponibilidade de água potável; muitas destas mudanças são decorrentes das atividades humanas.
Além destes problemas, tem-se ainda uma série de carências quanto ao planejamento urbano e quanto à racionalização do uso da água (há enormes desperdícios durante sua distribuição e utilização; dependendo da região metropolitana estima-se uma perda entre 40 e 75% do total de água fornecida à população) Rebouças (2002). Não obstante, uma das agressões mais impactantes aos recursos hídricos é a falta de tratamento adequado dos resíduos industriais e domésticos que, constantemente, são despejados nos corpos d’água sem nenhum processo de remediação.
A atividade humana, seja ela industrial ou não, é um grande agente gerador de resíduos. Corantes, óleos, graxas e muitos ou¬tros subprodutos acarretam diversos problemas ao meio ambiente, sendo que uma importante parcela do processo de contaminação pode ser atribuída às atividades das refinarias de petróleo, das indústrias químicas, têxteis e farmacêuticas, da agricultura, esgotos sanitários e resíduos domésticos (Neto et al.,2011).
As águas residuais provenientes das indústrias têxteis impõem sérios problemas ambientais e correspondem a uma das principais fontes de contaminação aquosa. O tingimento e as operações de acabamento da indústria têxtil produzem grandes quantidades de resíduos com elevadas cargas orgânica e inorgânica, além de elevada coloração. Estes resíduos possuem também grande quantidade de surfactantes e agentes quelantes que podem provocar a eutrofização, além de perturbações na vida aquática. Este tipo de efluente apresenta alta coloração e alto valor de demanda química de oxigênio (DQO), acarretando poluição visual e alteração na biota, além de ser cancerígeno (Forgacs, 2004 e Papic, 2004).
Os esgotos domésticos são um dos principais vetores de contami¬nação para ambientes aquáticos, devido ao grande volume produzido diariamente e por conter, além de matéria orgânica, diversas outras classes de contaminantes presentes em produtos de uso residencial, tais como metais, hidrocarbonetos e compostos orgânicos persisten¬tes Laws, (2000). A grande concentração populacional nas grandes cidades, aliada à falta de infraestrutura para coleta, tratamento e disposição final de es¬gotos domésticos resultam no lançamento desses efluentes diretamente nos corpos, trazendo prejuízos para a qualidade da água e dos sedimentos, com reflexos sobre a saúde humana (GESAMP,2001).
As tecnologias de tratamento de água podem ser enquadradas em dois grupos, sem coagulação química e com coagulação química. Dependendo da qualidade da água bruta, ambos os grupos podem ou não ser precedidos de pré-tratamento. A decantação tem sido empregada principalmente quando se têm mananciais superficiais cujas nascentes são próximas a montanhas, como no caso dos países andinos. A Filtração em Múltiplas Etapas – FiME é uma tecnologia de tratamento que vem sendo utilizada em alguns países da América do Sul, tendo tido sua eficácia comprovada tanto em instalações piloto quanto em protótipos para o tratamento de água com qualidade variável (Di Bernardino 1993).
Este artigo proporcionará a compreensão dos conceitos químicos na execução temática sobre os processos de separação de misturas envolvendo o tratamento de águas residuais, propondo através de formas simples e objetivaum método de ensino mais contextualizado envolvendo o cotidiano do aluno sendo que o mesmo possa contribuir para o ensino/aprendizagem.
Resumo
Em síntese foi empregado com utilidade a contextualização e experimentação para suscita nos alunos o interesse de explorar dessa forma a compreensão de conceitos químicos envolvendo soluções, fases, misturas, sistemas e processos de separações de misturas através do tratamento da água, alem de promover uma conscientização precoce e útil, pois a água é um dos recursos naturais mais importantes da terra, mas tratando-se da atividade humana, grande agente gerador de resíduos, causa sérios problemas ambientais.
Introdução
A contextualização é entendida como um dos recursos para realizar aproximações entre conhecimentos escolares e situações presentes no dia-a-dia dos alunos. Contextualizar é problematizar e interpretar situações significativas para os alunos de forma que os conhecimentos químicos auxiliem na compreensão e resolução dos problemas. Argumenta-se sobre a potencialidade do tratamento contextualizado do conhecimento, que contempla e extrapola o âmbito conceitual e que, quando bem trabalhado, permite que, ao longo da transposição didática, o conteúdo do ensino provoque aprendizagens significativas que mobilizem o aluno e estabeleçam entre ele e o objeto do conhecimento uma relação de reciprocidade (MEC, 1999).
A não-contextualização da ciência química, por exemplo, pode ser responsável pelo alto nível de rejeição do estudo desta ciência pelos alunos, dificultando o processo de ensino. Fechando um círculo, terrivelmente pernicioso para a aprendizagem dos conteúdos químicos, temos uma formação ineficiente que não prepara os professores para a contextualização dos conteúdos (Zanon&Palharini, 1995).
Com relação à experimentação em química, observa-se que é componente indispensável no processo de ensino/aprendizagem dos diversos conteúdos do conhecimento científico – conceituais, procedimentais e atitudinais – no sentido de favorecer a construção de inter-relações entre a teoria e a prática, bem como relações entre as concepções prévias do aluno e as novas ideias que serão trabalhadas. A realização de atividades experimentais deve também proporcionar aos alunos oportunidades para o desenvolvimento de habilidades e competências, atitudes e valores, além da (re) construção de conceitos. A experimentação mostra-se bastante atrativa do ponto de vista dos alunos para apropriação dos conhecimentos químicos (Cavalcante & Silva, 2008).
No estudo do conteúdo misturas, é importante utilizar a contextualização e experimentação no cotidiano dos alunos. Segundo Usberco & Salvador (2002) mistura é formado por duas ou mais substâncias. Em nosso cotidiano dificilmente encontramos substâncias puras ou isoladas, tudo que nos cerca é formado por duas (2) ou mais substâncias, como é o caso da água, que é formada por hidrogênio e oxigênio formando uma solução H2O, podendo ainda ser compostos por mais substâncias, tendo como exemplo a água do mar, que é uma mistura de diversos componentes como: sódio (Na), cloro (Cl), Magnésio (Mg), Enxofre (S), Cálcio (Ca), entre outros (Usberco& Salvador, 2001).
As misturas são classificadas em: homogênea e heterogênea. È possível reconhecer se uma mistura é heterogênea com a ajuda de um microscópio ou até mesmo a olho nu. Muitas das rochas que formam a paisagem são percebidas a olho nu que são misturas heterogêneas. Já o leite, que parece uma substância pura, se observado com um microscópio, podemos ver os glóbulos da gordura do leite flutuando em um líquido que é principalmente água, sendo assim uma mistura heterogênea. Em algumas misturas, as moléculas ou íons componentes estão tão bem dispersos que a composição é a mesma em toda a amostra, independente do seu tamanho. Essas misturas são chamadas de misturas homogêneas. O melado, por exemplo, é uma mistura homogênea de açúcar e água. As moléculas de açúcar estão tão bem misturadas com a água que não podem ser identificadas regiões ou partículas separadas. Mesmo com a ajuda de um microscópio, não é possível distinguir uma substância pura de uma mistura homogênea (Atkins & Jones, 2007).
Existem várias técnicas de separação de mistura homogêneas e heterogêneas. Segundo Martha Reis (2001), essas técnicas são classificadas em catação, evaporação, flotação, filtração, centrifugação, decantação, destilação, entre outras. No dia-a-dia são usadas muitas técnicas que envolvem misturas heterogêneas, um exemplo é a catação e peneiração que é bastante usada na cozinha para a preparação do arroz, através da utilização de uma peneira. Entretanto, as misturas homogêneas são mais difíceis de serem realizadas no cotidiano, como por exemplo,no processo de produção do sal de cozinha, envolvendo evaporação. Neste processo a água do mar é represada em tanques e através de correntes de ar e sol, vai ocorrendo a evaporação do líquido (Martha Reis, 2001).
Esses processos de separações de misturas são muito usados no tratamento de águas residuais. De acordo com Di Bernardo, (1993), a água de qualquer qualidade pode ser, em princípio, transformada em água potável, porém, os custos envolvidos e a confiabilidade na operação e manutenção podem inviabilizar o uso de um determinado corpo d’água como fonte de abastecimento, a água consumida pelo ser humano deve obedecer a critérios de qualidade definidos por normas nacionais ou internacionais.
A água é um dos recursos naturais mais importantes da Terra, sendo imprescindível para a geração e manutenção de todas as formas de vida em nosso planeta. O volume total de água na Terra é estimado em 1,34 bilhões de km3, mas somente 2,7% deste valor correspondem à água doce, sendo que boa parte desta água encontra-se congelada nos pólos (cerca de três quartos) ou armazenada em depósitos subterrâneos (Bairddistribuição geográfica irregular e de má conservação da qualidade dos recursos hídricos, em todo o mundo cerca de 1,1 bilhão de pessoas sofrem com a falta de água para as suas necessidades mínimas e 2,4 bilhões não dispõem de programas de tratamento de água(http://www.aguaonline.com.br).
O Brasil é considerado um país privilegiado em termos de disponibilidade de recursos hídricos, pois possui cerca de 12% da água doce disponível no mundo (http://www.aguaonline.com.br). Até o final do século passado, a água era tida como um recurso abundante e praticamente inesgotável. Infelizmente esta concepção mostrou-se equivocada, pois constantes mudanças geoclimáticas vêm alterando a disponibilidade de água potável; muitas destas mudanças são decorrentes das atividades humanas.
Além destes problemas, tem-se ainda uma série de carências quanto ao planejamento urbano e quanto à racionalização do uso da água (há enormes desperdícios durante sua distribuição e utilização; dependendo da região metropolitana estima-se uma perda entre 40 e 75% do total de água fornecida à população) Rebouças (2002). Não obstante, uma das agressões mais impactantes aos recursos hídricos é a falta de tratamento adequado dos resíduos industriais e domésticos que, constantemente, são despejados nos corpos d’água sem nenhum processo de remediação.
A atividade humana, seja ela industrial ou não, é um grande agente gerador de resíduos. Corantes, óleos, graxas e muitos ou¬tros subprodutos acarretam diversos problemas ao meio ambiente, sendo que uma importante parcela do processo de contaminação pode ser atribuída às atividades das refinarias de petróleo, das indústrias químicas, têxteis e farmacêuticas, da agricultura, esgotos sanitários e resíduos domésticos (Neto et al.,2011).
As águas residuais provenientes das indústrias têxteis impõem sérios problemas ambientais e correspondem a uma das principais fontes de contaminação aquosa. O tingimento e as operações de acabamento da indústria têxtil produzem grandes quantidades de resíduos com elevadas cargas orgânica e inorgânica, além de elevada coloração. Estes resíduos possuem também grande quantidade de surfactantes e agentes quelantes que podem provocar a eutrofização, além de perturbações na vida aquática. Este tipo de efluente apresenta alta coloração e alto valor de demanda química de oxigênio (DQO), acarretando poluição visual e alteração na biota, além de ser cancerígeno (Forgacs, 2004 e Papic, 2004).
Os esgotos domésticos são um dos principais vetores de contami¬nação para ambientes aquáticos, devido ao grande volume produzido diariamente e por conter, além de matéria orgânica, diversas outras classes de contaminantes presentes em produtos de uso residencial, tais como metais, hidrocarbonetos e compostos orgânicos persisten¬tes Laws, (2000). A grande concentração populacional nas grandes cidades, aliada à falta de infraestrutura para coleta, tratamento e disposição final de es¬gotos domésticos resultam no lançamento desses efluentes diretamente nos corpos, trazendo prejuízos para a qualidade da água e dos sedimentos, com reflexos sobre a saúde humana (GESAMP,2001).
As tecnologias de tratamento de água podem ser enquadradas em dois grupos, sem coagulação química e com coagulação química. Dependendo da qualidade da água bruta, ambos os grupos podem ou não ser precedidos de pré-tratamento. A decantação tem sido empregada principalmente quando se têm mananciais superficiais cujas nascentes são próximas a montanhas, como no caso dos países andinos. A Filtração em Múltiplas Etapas – FiME é uma tecnologia de tratamento que vem sendo utilizada em alguns países da América do Sul, tendo tido sua eficácia comprovada tanto em instalações piloto quanto em protótipos para o tratamento de água com qualidade variável (Di Bernardino 1993).
Este artigo proporcionará a compreensão dos conceitos químicos na execução temática sobre os processos de separação de misturas envolvendo o tratamento de águas residuais, propondo através de formas simples e objetivaum método de ensino mais contextualizado envolvendo o cotidiano do aluno sendo que o mesmo possa contribuir para o ensino/aprendizagem.
Resultados e Discussão
Através da pergunta P1, aonde será abordado à importância de uma estação de tratamento de água (ETA), espera-se que os alunos compreendam e exemplifiquem os diversos tipos de misturas. Relacionando o que foi ministrado em sala de aula com a visita técnica, os discentes poderão discutir, através da observação das águas não potáveis, sobre os diversos tipos de misturas homogêneas ou heterogêneas. Como também, baseando-se em observações inerentes aos tanques de águas não tratadas, espera-se que haja um questionamento sobre suspensões, óleos ou outros resíduos em contato com a mesma. Instigando-o, desta forma, a visualização das fases que compõe um sistema e/ou os diversos processos separação.
Relacionando P2 com os diversos tipos de processos de tratamento das águas residuais, espera-se que os alunos discutam sobre os seguintes processos de separação e tratamento da água: flotação/coagulação, decantação, filtração e cloração. As águas passam, primeiramente, pela coagulação, que tem como objetivo a destabilização de partículas coloidais não sedimentáveis, de modo a aumentar a capacidade de agregação entre as partículas, ou seja, o processo de coagulação tem com objetivo reduzir as repulsões entre partículas, aumentando a probabilidade de agregação das mesmas, formando partículas de maiores dimensões, denominadas por flocos (Matilainen, et al., 2010). A coagulação, no tratamento de água, é utilizada para a remoção de matéria particulada (como por exemplo, partículas de sílica, bactérias, oocistos de protozoários patogênicos) e espécies dissolvidas (como por exemplo ferro e manganês) que são adsorvidas à matéria em partículas presentes nas águas e, também a diminuição da turbidez e cor da água bruta (Matilainen, et al., 2010 e Vieira, 2009). Com relação à floculação ela é materializada na operação de mistura lenta, a qual favorece as colisões entre partículas. O objetivo da floculação é permitir que as partículas previamente destabilizadas, se agreguem e formem flocos de dimensões e densidade adequadas à sua separação gravítica.
P3 discorrerá sobre a etapa de decantação que é uma operação baseada nas forças gravitacionais para a separação das partículas de densidade superior à água (partículas floculadas ou não), sendo depositadas numa zona ou área de armazenamento. A decantação ou sedimentação é uma operação que tem como objetivo a clarificação da água, pela remoção de matéria em suspensão na água por sedimentação dos flocos presentes na água, floculada ou não (Almeida, 2008a).
Em relação ao processo de filtração, visa observar com P4, a compreensão desse tipo de separação que acorre após a decantação. Essa etapa consiste na remoção de partículas semelhantes à densidade da água que a decantação não removeu passando por várias camadas que são divididas em: cascalho grosso, cascalho fino, areia grossa e areia fina, essa filtração retira as todas as partículas sólidas deixando a água quase limpa (Ayrton &Sariego, 2001).
P5 abordará a fase final do processo de purificação das águas residuais. Nesta fase, a cloração consistirá na eliminação de patógenos prejudiciais à saúde (Ayrton &Sariego, 2007).
Conclusão
Todo esse processo de tratamento pelos os quais passam ás águas antes de chegarem as nossas casas, é uma ferramenta de suma importância para o docente explorar, através da contextualização, assuntos relacionados ao ensino da ciência química. Desta forma, usando exemplos do dia-a-dia da sociedade, ele estará contribuindo para a compreensão de vários conceitos químicos: soluções, fases, misturas, tipos de misturas, sistemas e processos de separações de misturas. Em síntese, o trabalho vem contribuir para desmistificação que esta química não é uma ciência “chata, decorativa ou que mesmo não faz parte do nosso cotidiano”.
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Disponível em<http://www.aguaonline.com.br> acessado em Janeiro 2004.
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Papic, S.; Koprivanac, N.; Bozic, A. L.; Metes, A.; DyesPigm. 2004, 62, 291
Rebouças, A.; Águas Doces no Brasil - Capital Ecológico, Uso e Conservação, 2ª ed., Escrituras: São Paulo, 2002.
Um Experimento Para Cursos de Graduação em Química, publicado em 2011.
Usberco, J.; Salvador, E.; Físico-química, 7ª ed. vol. 2., Saraiva: 2001.
ZANON, l.B. e PALHARINI, E.M.A Química no ensino fundamental de ciências. Química Nova na Escola, n. 2, p. 15-18, 1995. ZANON, l.B. e PALHARINI, E.M.A Química no ensino fundamental de ciências. Química Nova na Escola, n. 2, p. 15-18, 1995.
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A esquerda, Prof. Roberto, Ewerton e Amiltom e a direita, Sarah e Marcio.
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