Devido ao aumento populacional, a disponibilidade de água doce no mundo está cada vez menor. Diante deste cenário, se faz necessário realizar o tratamento convencional de água, onde a coagulação é a etapa principal do processo, responsável pela remoção dos contaminantes da água de entrada, tornando-a potável ou adequada para o uso humano e industrial.
Renato Konrath, pesquisador da Acquaquímica destaca que uma boa definição para coagulação seria toda e qualquer substância, natural ou sintética que tem o propósito de espessar algum líquido, eventualmente separando os sólidos contidos nele. No tratamento de água, é uma substância capaz de formar pequenos coágulos de materiais insolúveis dispersos na água. "Servem para separação das impurezas da água que depois são removidas por algum processo físico, normalmente sedimentação (decantação) ou flotação", completa.
De acordo com Fábio Foganholi, gerente de compras da Produquímica, trata-se de compostos metálicos trivalentes (Fe⁺³ ou Al⁺³), geralmente a base de ferro ou alumínio, que tem por finalidade realizar a desestabilização das partículas da água bruta, onde os principais coagulantes são: Base Alumínio: Sulfato de Alumínio e Cloreto de Polialumínio (PAC); Base Ferro: Cloreto Férrico e Sulfato Férrico. Atualmente, cerca de 90% das ETAs, utiliza para realizarem a coagulação os sais de Alumínio, principalmente o PAC.
A água bruta contém várias impurezas que são originadas a partir da erosão da terra, dissolução de minerais e decomposição de materiais orgânicos podendo ser encontrada como solúveis e insolúveis que devem ser removidas para proporcionar água adequada para uso doméstico e industrial.  As impurezas solúveis incluem gases, hidrocarbonetos e minerais.
E os contaminantes suspensos incluem partículas de lodo, terra, óxidos de metal, algas e bactérias. Em decorrência da legislação ambiental, essas mesmas impurezas devem ser removidas da corrente de efluente antes do descarte, sendo concentradas na forma de lodo para disposição final.
"É uma maneira barata e favorável ao meio ambiente de criar água doce para a indústria. O processo de coagulação e floculação faz com que as impurezas se aglutinem formando flocos para serem facilmente removidos, enfatiza Alexandre Magno, gerente de tecnologia para Afluente, Efluentes e Reúso/Reciclo da GE Water.

O processo
O processo de coagulação é um dos mais importantes processos de purificação da água, normalmente é muito raro conseguir se tratar uma água sem usar a coagulação, ou por que outros processos não são tão eficientes, ou porque tem um custo muito elevado. Além disto, Renato explica que é um processo relativamente fácil de ser executado e que não requer cuidados exagerados ou equipamentos de custo elevado.
Para a escolha dos melhores resultados técnicos (produtos e dosagens) é necessário a realização de testes de bancada, onde consiste em uma simulação das condições operacionais existentes no processo atual (velocidades dos agitadores, temperatura e etc). De acordo com Alexandre, essa simulação é feita a partir do ensaio do teste de Jarro, um método padronizado utilizado mundialmente para simulação da clarificação de água, sendo utilizado principalmente para:
- Determinação do melhor programa químico;
- Determinação da melhor sequência de dosagem;
- Determinação das dosagens (ppm/diferentes faixas de turbidez);
- Poder de coesão e resistência dos coagulos e flocos (força eletrostática);
- Velocidade e tempo de decantação (diâmento dos flocos);
- Qualidade final do clarificado;
- Volume de lama decantado;
- Evidencia sua melhor faixa de pH;
- Comparar e avaliar possíveis novos resultados técnicos.
"Este tipo de ensaio produz resultados para orientação das aplicações em escala plena, quase sempre repercutirá no resultado real ou muito próximo, já que tais dosagens podem sofrer influências gerais, desde mudanças na qualidade da água como na operacionalização dos equipamentos na unidade, tempo de retenção e etc", destaca Alexandre.
Com essas características definidas, passa-se a utilizar alguns processos. A mistura é uma importante operação unitária em muitas fases do tratamento químico. Para a coagulação, quanto maior a turbulência, mais efetivo será o tratamento. Isso ocorre porque quanto maior a agitação maior a oportunidade de contato entre as partículas (no Teste de jarro, deve-se regular em 160 rpm aproximadamente). No geral, se devem seguir os resultados reais da planta, caso os procedimentos adotados estejam conseguindo resultados técnicos satisfatórios.
A floculação e formação de pontes dependem de uma mistura menos turbulenta com menos cisalhamento. Um valor máximo de gradiente de velocidade é de 100 rpm. Já que o crescimento dos flocos é dependente do tempo, os tempos de detenção típicos são de 3 a 10 minutos.
Depois da clarificação vem a etapa de filtração, pode ter aplicação em águas residuais em qualquer momento que sólidos suspensos precisam ser removidos. Na prática, a filtração é normalmente um polimento a mais na remoção de sólidos suspensos e ou de turbidez que possam ter passado no processo de clarificação.
"No tratamento principal de águas residuais os filtros as vezes podem ser empregados para remover óleo e sólidos suspensos antes do tratamento biológico. Normalmente filtros são empregados após o tratamento biológico antes do descarte ou reúso da água tratada", completa Alexandre.

Como funcionam
A água é um recurso finito. Renato explica que embora seja abundante, somente uma mínima fração do volume total da água da terra pode ser usado pelo homem, seja para consumo, seja para fazer funcionar setores produtivos. Ele destaca também que a distribuição de água na terra, não é uniforme.
"Se as águas não forem devidamente tratadas, tanto água para consumo humano, água para processos produtivos e efluentes dos dois casos, isso irá contribuir para diminuir ainda mais este recurso. Qualquer água para ser usada, precisa de algum tipo de tratamento, seja uma simples filtração ou um processo de várias etapas controladas", afirma.
Desta forma, o processo de coagulação pode ser dividido em duas grandes etapas; na primeira temos a aproximação dos agentes coagulantes e das impurezas suspensas na água. O coagulante deve ser capaz de neutralizar as cargas das impurezas, com isto as forças de repulsão entre as partículas são diminuídas e ocorre uma agregação de mais partículas.
Renato explica que com o tempo inicia-se a segunda etapa, às vezes também chamada de floculação, que é quando diversos aglomerados de cargas neutralizadas se juntam através de forças de atração do tipo van der Walls e outras. Em seguida formam macroaglomerados, que já podem ter massa suficiente para poderem ser separados do meio.
A coagulação e a floculação são os mecanismos utilizados para aumentar quimicamente o tamanho das partículas e ou seu peso de modo a precipitá-las ou flotá-las. Alexandre destaca também que o mecanismo de clarificação consiste em três etapas: Coagulação; Floculação e Decantação ou Flotação.
A coagulação consiste na neutralização das cargas através de materiais carregados positivamente (catiônico). A floculação é um mecanismo físico de formação de pontes entre os coágulos já formados que se fundamentam basicamente no tamanho da molécula, do tipo de carga e desenho do floculante, podendo ser com um ou vários ativos presentes em sua composição.
"São produtos químicos utilizados para o processo de coagulação, que consiste na alteração físico-química de partículas coloidais de uma água, caracterizada principalmente por cor e turbidez, produzindo partículas que podem ser removidas posteriormente por um processo físico de separação, usualmente a sedimentação, eles desempenham um papel dominante na cadeia de processos de tratamento de água, principalmente na preparação da decantação, da flotação e, posteriormente, na filtração", completa Igor Freitas, gerente de marketing da Bauminas.

Agentes Coagulantes
Existem coagulantes de diversos tipos, Renato explica que os clássicos são os coagulantes inorgânicos, normalmente sais metálicos, mas também podem ser óxidos ou mesmo hidróxidos de metais alcalinos. Outro grupo são os amidos modificados, normalmente através de quaternização, que encontram aplicação em alguns casos especiais. Este é um setor que sempre tem novidades devido à importância cada vez maior do tema.
Também existem substâncias naturais, como por exemplo, a moringa oleífera, que consegue funcionar como coagulantes sem nenhum tipo de modificação, porém geralmente são mais restritos. O grupo dos taninos modificados também são importante, sobretudo por questões ecológicas além do custo-benefício. No processo de tratamento de água e efluentes com o tanino, inicialmente o produto neutraliza cargas por meio de interações eletrostáticas, formando microflocos, que normalmente não necessitam da adição de polímeros sintéticos para ter tamanho adequado à separação física.

Para Renato, outra vantagem do tanino em relação aos coagulantes inorgânicos é que os coagulantes à base de tanino não baixam tanto o pH da água tratada, não necessitando de correção por agentes alcalinizantes. Além disso, o uso de coagulantes à base de tanino no tratamento de água para consumo humano, normalmente reduz a dosagem de cloro devido à sua habilidade de complexar metais e seu poder bactericida.
Existem ainda os coagulantes sintéticos, normalmente polímeros com carga de baixo peso molecular, mas que atuam bem somente em alguns casos. Basicamente todos estes grupos possuem uma característica em comum, todos eles têm algum grupo químico com carga na molécula, o que faz com que todos atuem mais ou menos seguindo o mecanismo de neutralização de carga e aumento da estrutura aglomerada.
"Os coagulantes inorgânicos, servem para iniciar o processo de coagulação, a desestabilização das partículas do meio, material em suspensão (10^-3µm ≤ D ≤ 1,0µm) com cargas elétricas negativas. Não sedimentam naturalmente sendo necessária a adição de agentes coagulantes, lembrando que para uma ótima coagulação tem que haver condições ideais para a desestabilização, bem como: Dose ideal do produto, turbidez, cor, alcalinidade, dureza, mistura rápida efetiva e pH ideal de coagulação", completa Fábio.

De acordo com Alexandre para que se possa aumentar quimicamente o tamanho das partículas e ou seu peso de modo a precipitá-los e ou flotá-los, existem os seguintes procedimentos:
- Polímeros catiônicos e coagulantes inorgânicos - aumentam o tamanho das partículas através da neutralização das suas cargas superficiais negativas via redução da dupla camada e atração eletrostática.
- Polímeros auto-precipitantes e coagulantes inorgânicos - produzem grandes partículas através de formação de pontes entre as partículas e enmeshment, chamado de Efeito de Rede, onde os Cátions solúveis, como o alumínio ou ferro, hidrolisam para formar precipitados insolúveis. Esse tipo de desestabilização tem sido descrito como Enmeshment ou Efeito de Rede, no quais pequenas partículas são retidas do precipitado amorfo formado. Eles servem um duplo propósito como coagulante e floculante.
O mecanismo de rede predomina em aplicações de tratamento de água onde o pH geralmente se mantém entre 6 e 8 e são utilizados sais de alumínio e ferro em concentrações que excedem a saturação com respeito ao sólido amorfo de hidróxido do metal que é formado. Devido a sua baixa solubilidade, as águas tratadas têm baixos níveis residuais de ferro e alumínio.
Um sistema similar ocorre com os polímeros orgânicos precipitantes. Neste caso, o polímero é insolúvel nas condições de pH típicas de tratamento de água (pH>6). Quando o polímero precipita, forma-se um floco amorfo similar aos produtos da hidrólise do ferro e alumínio, que sequestra particulados da água.
- Polímeros catiônicos e aniônicos de alto peso molecular - servem especificamente como floculantes, trabalhando basicamente através de formação de pontes entre partículas.
"Os coagulantes podem ser orgânicos ou inorgânicos. Os coagulantes inorgânicos são utilizados em maior escala no mundo todo devido ao seu histórico de boa eficiência no processo de coagulação e por apresentar maior viabilidade econômica. Os coagulantes inorgânicos mais utilizados no mercado hoje são produzidos à base de sais de Alumínio e sais férricos, tais como o Sulfato de Alumínio, Sulfato Férrico, Cloreto Férrico e Policloreto de Alumínio", completa Igor.
Os sais de alumínio e ferro são os coagulantes inorgânicos mais utilizados. Alexandre explica que eles incluem o sulfato de alumínio, aluminato de sódio, policloreto de alumínio, sulfato férrico, sulfato ferroso e cloreto férrico. Exceto o aluminato de sódio, todos os demais sais ácidos  reduzem o pH da água. Coagulantes inorgânicos reagem com a alcalinidade natural da água para formar um floco do seu hidróxido correspondente. Reações similares ocorrem com sais de cloreto. O pH final da água tratada é reduzido, pois alcalinidade é consumida em todas essas reações.
Os policloretos de alumínio são produzidos através da reação de sais de alumínio com várias bases. Numerosas versões e diversos graus de neutralização podem ser produzidos. Os produtos resultantes são polihidróxidos contendo até 13 íons de alumínio e uma carga multivalente de até +7. Já que são os produtos da hidrólise e não os íons de alumínio que produzem a neutralização das cargas, isso explica o melhor desempenho diante dos simples sais de alumínio ou aluminato.

Mercado e principais novidades
Para Alexandre, o segmento de coagulante e floculante está cada vez mais sendo pesquisado em termos de novas tecnologias, uma vez que existe uma grande demanda de projetos de reúso de águas dos efluentes, portanto, gerando novas fontes de águas mais poluídas e contaminadas, onde os atuais coagulantes não estão conseguindo especificar em tempo hábil. 
"Independentemente do tempo, acredito que esta tecnologia de clarificação de água, junto com o controle mais apurado do pH e da cloração, deverá perdurar ainda por dezenas de anos, pois é uma correlação perfeita em termos de reações químicas em tempo recorde", ressalta.
Para ele a principal novidade é que cada vez mais, no mundo, os controles de descartes dos efluentes estão ficando mais rígidos (menores limites e multas mais pesadas) e, portanto, sempre sendo exigido novas tecnologias e/ou mudança total nas dosagens de commodities.
O representante da Bauminas diz que o mercado de coagulantes vem crescendo moderadamente nos últimos anos acompanhando a expansão dos índices de tratamento de água e esgoto no Brasil. Igor acredita que a expectativa é que continue crescendo na medida em que haja mais investimentos governamentais e do setor privado em busca da ainda distante universalização do saneamento no Brasil.
As principais novidades da empresa são os coagulantes inorgânicos da nova geração desenvolvidos com cadeias polimerizadas de alto rendimento, POLISAL^® e POLIFER^®, que vem de encontro à necessidade cada vez maior das companhias de saneamento em busca de melhor desempenho no tratamento de águas e efluentes.
Por outro lado Fábio visualiza um mercado desafiador, com níveis de instabilidades econômicas, a maioria das empresas vem buscando soluções alternativas com um melhor custo x benefício para seus processos. Buscando alternativas ao cenário atual dos coagulantes, a Produquímica desenvolveu sua linha de coagulantes a base de alumínio de Alta Performance.
O Coagulante de Alta Performance é uma solução aquosa ácida composta por uma mistura de cloretos, alumínios, aditivos como a sílica modificada. Apresenta um alto grau de ionização em água, disponibilizando prontamente as cargas positivas dos íons Al³⁺. Os íons trivalentes de alumínio neutralizam o potencial zeta negativo das suspensões coloidais, promovendo assim a rápida coagulação das partículas coloidais que são estabilizadas eletrostaticamente.
"O efeito de coagulação é aumentado pela adsorção da sílica catiônica, resultando numa coagulação mais rápida e com um coágulo de maior densidade. Em alguns casos, o coagulante de Alta Performance, apresentou uma redução de dosagem, quando comparado com outros coagulantes, de até 5 vezes" completa Fábio.

Contato das empresas:
Acquaquímica: www.setaonline.com
Bauminas: www.bauminas.com.br
GE Water: www.gewater.com
Produquímica: www.produquimica.com.br