Por que é essencial oxidar (clorar) a água antes de filtros de ferro e manganês?

Zeólitas e sua função na remoção de ferro e manganês

Os filtros de ferro e manganês com zeólita são amplamente utilizados para remover íons metálicos dissolvidos na água, como o ferro (Fe²⁺) e o manganês (Mn²⁺). A zeólita utilizada nesses filtros é recoberta com óxidos de manganês (MnOx), que têm como função principal adsorver esses íons metálicos, preparando-os para serem removidos da água.

Contudo, a eficiência da zeólita depende diretamente da oxidação prévia desses íons, transformando Fe²⁺ em Fe³⁺ (hidróxido férrico insolúvel) e Mn²⁺ em MnO₂ ou Mn₂O₃ (formas insolúveis). Sem essa oxidação, a vida útil do filtro é comprometida, pois a capacidade de adsorção da zeólita se esgota mais rapidamente.

Importância da oxidação para filtros com zeólita de ferro e manganês

As zeólitas de remoção de ferro e manganês tem camada de óxido de manganês (MnOx) na superfície de cada grão, sendo esta a responsável por adsorver os íons de Ferro (Fe2+) e Manganês (Mn2+) – adsorção é um processo onde moléculas ou íons de um fluido são atraídos ou retidos numa superfície sólida.
Caso não seja dosado oxidante na água antes do filtro o filtro terá sua vida útil comprometida e eficiência comprometidas pois, sem a oxidação do Manganês retido no material, haverá menos locais na superfície do grão onde o Mn2+ pode ser adsorvido. 

 

Influência do pH na remoção de ferro e manganês

O pH da água é determinante na eficiência da oxidação:

- Ferro (Fe²⁺): A oxidação ocorre de forma mais eficiente com pH acima de 6,5.
- Manganês (Mn²⁺): A oxidação ideal ocorre com pH acima de 8,0.

Isso ocorre porque, em pHs mais baixos, os íons metálicos permanecem em formas solúveis mesmo com a presença de oxidantes, dificultando sua remoção.

📊 Gráfico 1 – Diagrama de Eh-pH (também conhecido como diagrama de Pourbaix), que mostra as formas predominantes de ferro (Fe) e manganês (Mn) em função do potencial de oxirredução (Eh) e do pH da solução. Aqui está uma legenda explicativa para os diferentes campos e componentes:

Eixo X (horizontal): pH da solução (acidez ou alcalinidade), variando de 5,5 a 8,5.

Eixo Y (vertical): Potencial de oxirredução (Eh), em milivolts (mV), variando de 0 a 800 mV.

Zonas do Diagrama (Fases Químicas)

Fe²⁺ (Ferro ferroso):
Região de baixo Eh (reduzido) e pH mais ácido.
Ferro está na forma solúvel e reduzida.

Fe(OH)₃ (Hidróxido férrico):
Região intermediária de Eh e pH.
Ferro precipita como um sólido, indicando condições onde ocorre a precipitação de ferro.

Mn²⁺ (Manganês em solução):
Região de Eh e pH intermediários, onde o manganês está solúvel na forma reduzida.

MnO₂ (Dióxido de manganês):
Região de alto Eh (oxidante) e pH mais alcalino.
Manganês precipita como óxido sólido.
 

Consequências de não oxidar previamente

Sem a oxidação adequada:

- A zeólita satura rapidamente, pois adsorve Mn²⁺ sem que este seja convertido em forma sólida.
- O filtro perde eficiência mais cedo, exigindo regeneração ou troca precoce.
- Há risco de passagem de ferro e manganês para a água tratada.

Como oxidar corretamente?

Para garantir o melhor desempenho dos filtros:

1. Ajuste o pH da água com alcalinizantes, se necessário.
2. Adicione oxidantes como cloro, permanganato de potássio ou ozônio antes do filtro.
3. Monitore constantemente o pH e o Eh da água.

Conclusão

A remoção eficaz de ferro e manganês em sistemas com zeólita depende fortemente da oxidação prévia dos íons metálicos e do pH da água. Investir nesse pré-tratamento garante maior vida útil do filtro e água com melhor qualidade.

Oxidantes recomendados para pré-tratamento

Para promover a oxidação eficaz do ferro (Fe²⁺) e do manganês (Mn²⁺) antes da filtração com zeólita, os seguintes oxidantes são comumente utilizados:

🔹 Cloro (Hipoclorito de Sódio – NaOCl): Mais comum e acessível. Atua bem em pH de 6,5 a 7,5. Ótimo para oxidar ferro e manganês com controle de dosagem. Observação: o excesso pode formar subprodutos como trialometanos (THMs).

🔹 Permanganato de Potássio (KMnO₄): Oxidante potente, especialmente eficaz para manganês. Atua bem em pH ≥ 7,5. Forma MnO₂ que também auxilia na adsorção. Utilizado em sistemas com filtros de zeólita ou greensand.

🔹 Ozônio (O₃): Forte oxidante, atua rapidamente. Eficaz para ferro, manganês, matéria orgânica e microrganismos. Custo mais elevado e exige sistema gerador. Requer controle rigoroso para evitar excesso residual.

🔹 Ar (Oxidação por aeração): Pode ser suficiente para ferro (Fe²⁺ → Fe³⁺). Pouco eficaz sozinho para manganês (Mn²⁺). Geralmente usado como pré-tratamento em poços.

Comparativo de eficácia: