Qual a técnica de separação da água passando pelo filtro doméstico?

A filtração é um processo físico de separação de misturas heterogêneas sólido – líquido ou sólido - gasoso, que consiste basicamente em passar a mistura de interesse através de um meio filtrante que é alocado em um funil de vidro (no caso de filtrações em pequena escala, feitas em laboratório), onde a fração sólida da mistura fica retida no meio filtrante, formando o que chamamos de torta, e a fração líquida ou gasosa, chamada de filtrado, passa pelo meio filtrante e é recolhida em um recipiente (béquer ou outro recipiente que comporte o volume filtrado). Este processo de separação de misturas é amplamente utilizado em análises laboratoriais (industriais e acadêmicas) e em escala industrial (operações unitárias), e proporciona a obtenção de um filtrado purificado e livre de partículas sólidas. No dia a dia também podemos observar a aplicação desta técnica de separação de misturas, quando preparamos a bebida café, ou quando utilizamos o aspirador de pó, que possui em seu interior um filtro que separa a sujeira e poeira aspirada do ar, por exemplo.

Filtração no dia a dia: filtros de papel são utilizados para separar as partículas sólidas do café. Foto: Alpha_7D / Shutterstock.com

Existem diversos tipos de filtração, as mais comuns são a filtração simples e a filtração à vácuo.

Nas separações através da técnica de filtração simples, realizadas para prática acadêmica, ou seja, em aulas práticas de química, utilizamos vidrarias e papel filtro para realizar esse processo de separação de misturas, principalmente para misturas entre sólidos e líquidos, pois a separação de misturas entre sólidos e gases requer processos especiais, que não condizem com as práticas laboratoriais acadêmicas. Neste procedimento, a mistura de interesse é colocada em um béquer e o sistema é montado da seguinte maneira: em um funil de vidro, inserimos o papel filtro previamente dobrado, de modo a se alocar adequadamente ao formato cônico do funil. O funil é inserido em uma argola de metal fixada em um suporte universal, e coloca-se então um recipiente sob a extremidade inferior da haste do funil, para que seja recolhido o filtrado. Após realizar a montagem do sistema de filtração, verte-se a mistura dentro do funil, e através da ação da gravidade, o líquido penetra os microfuros ou poros do meio filtrante e as partículas sólidas com granulometria maiores que os poros do papel filtro ficam retidas, formando a torta. O filtrado é recolhido no recipiente alocado abaixo do funil de vidro.

Esquema de filtração a vácuo. Ilustração: Zern Liew / Shutterstock.com (adaptado)

Nas separações através da técnica de filtração à vácuo, o procedimento é semelhante ao da filtração simples, contudo utiliza-se um funil do tipo Büchner com uma rolha de borracha acoplada em sua haste inferior, para realizar a vedação do sistema, na parte superior do funil é adicionado o meio filtrante, e então o funil é inserido em um frasco Kitassato, com uma ou mais saídas, onde se liga(m) mangueira(s) ao sistema de vácuo ou à uma trompa d’água, para que se forme a pressão positiva no interior do frasco Kitassato, realizando a sucção do filtrado através do vácuo. Este processo torna a filtração mais rápida, produzindo maior volume de filtrado em menor tempo, já que não depende da ação da gravidade para que ocorra a separação da mistura.

Na indústria, o processo de separação de misturas pela técnica de filtração é amplamente empregado nos diversos segmentos de manufatura de produtos, tais como, alimentos e bebidas, produtos químicos, gases, tratamento de água e efluentes, tratamento de esgotos, entre diversas outras aplicações.

O objetivo desse experimento é ajudar o professor a mostrar aos alunos como as técnicas de separação de misturas são aplicadas nos sistemas de tratamento de água.

Materiais e reagentes:

• 3 garrafas de refrigerante de 2 L;
• Areia fina;
• Areia grossa;
• Pequenas pedras bem lavadas (se estiverem sujas, o resultado do experimento será comprometido);
• Carvão ativo;
• Algodão;
• Terra;
• Água;
• Solução de sulfato de alumínio saturada (o sulfato de alumínio pode ser encontrado em locais que comercializam materiais para piscina);
• Solução de hidróxido de cálcio saturada (a cal hidratada, ou hidróxido de cálcio, pode ser encontrada em lojas de materiais de construção e deve ser manuseada com cuidado. Para obter a sua solução, basta adicionar pequenas quantidade de cal hidratada à água);
• Colheres plásticas.

Procedimento Experimental:

1.       Corte as garrafas pela metade, de modo a formar os recipientes da ilustração abaixo. A garrafa D deve ter um orifício lateral próximo à parte superior. Tenha cuidado ao cortar as garrafas. As extremidades que podem ser cortantes devem ser envolvidas com uma fita adesiva, de preferência.

2.       Arrume o filtro na parte C conforme o esquema abaixo (de baixo para cima: 10 cm de algodão seco, 1 camada fina de carvão ativo, camada de 2cm de espessura de areia fina, 2 cm de espessura de areia grossa e 4 cm de pedras). Lembre-se que o filtro deve estar úmido antes de iniciar o experimento;

3.       Misture uma colher de terra com 100 mL de água no recipiente A;

4.       Aguarde 5 minutos e despeje o líquido da fase superior no recipiente B;

5.       Adicione 1 colher cheia de sulfato de alumínio e uma de hidróxido de cálcio sob agitação ao recipiente B;

6.       Deixe o recipiente em repouso e observe o que ocorre após alguns minutos;

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7.       Transfira o líquido da fase superior para o recipiente C (filtro em camadas);

8.       Recolha o filtrado no recipiente D.

Resultado e Discussão:

O professor deve relacionar os processos feitos com os métodos de separação aprendidos na teoria e as respectivas etapas do tratamento de água.

Por exemplo, por duas vezes mandou-se deixar a mistura em repouso e depois de algum tempo transferir apenas a fase superior para outro recipiente. Esse processo de separação de misturas é denominado decantação e na estação de tratamento de água a decantação é aplicada para a deposição dos flocos de sujeira no fundo do decantador.

Além disso, outra etapa que foi feita e é realizada nas estações é a floculação, isto é, adição de sulfato de alumínio ou de cloreto de ferro e cal, que são substâncias que aglutinam as impurezas.

A filtração também foi feita retendo as partículas que não foram separadas na decantação.

O professor pode perguntar aos alunos se teve alguma fase do tratamento de água de uso doméstico que não foi mencionada nesse experimento. Uma delas foi a desinfecção, na qual os microrganismos são eliminados com a adição de cloro e em algumas estações a água recebe flúor (fluoretação), um recurso a mais para a prevenção contra cáries nos dentes.

Portanto, é importante o professor ressaltar aos alunos que já que essa água não passou pelo processo de desinfecção, ela não pode ser consumida.

Com todos esses processos em mente, pode-se iniciar uma discussão sobre atitudes a serem tomadas para evitar o desperdício da água doméstica e de que formas ela pode ser reutilizada.

Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química

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