UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS CAMPUS ANÁPOLIS DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS - HENRIQUE SANTILLO CURSO BACHARELADO EM QUÍMICA INDUSTRIAL

Transcrição

1 UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS CAMPUS ANÁPOLIS DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS - HENRIQUE SANTILLO CURSO BACHARELADO EM QUÍMICA INDUSTRIAL PRISCYLLA LUCAS MARTINS AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA DE DIFERENTES AGENTES COAGULANTES NO TRATAMENTO DE EFLUENTES INDUSTRIAIS ANÁPOLIS-GO JULHO, 2015

2 PRISCYLLA LUCAS MARTINS AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA DE DIFERENTES AGENTES COAGULANTES NO TRATAMENTO DE EFLUENTES INDUSTRIAIS Trabalho de Curso II submetido ao corpo docente da Coordenação do Curso de Química Industrial da Universidade Estadual de Goiás como parte dos requisitos necessários para a obtenção do título de Bacharel em Química Industrial. Orientador: Prof. Thiago Soares Silva Ribeiro ANÁPOLIS-GO JULHO, 2015

3 Martins, Priscylla Lucas Avaliação da eficiência de diferentes agentes coagulantes no tratamento de efluentes industriais / Martins, Priscylla Lucas; Ribeiro, Thiago da Silva Soares xiii, 53f. Orientador: Prof. Thiago Soares Silva Ribeiro TC (Graduação), Universidade Estadual de Goiás, Unidade Universitária de Ciências Exatas e Tecnológicas, Tratamento de Efluentes Industriais. 2. Coagulação. 3. Agentes Coagulantes I. Ribeiro, Thiago Soares Silva. II. Avaliação da eficiência de diferentes agentes coagulantes no tratamento de efluentes industriais

4

5 DEDICATÓRIA Dedico este trabalho aos meus pais Célia e Regenilson, que me ensinaram o valor do trabalho e da dignidade. Esta foi uma das maneiras de agradecê-los por todo apoio, pelo exemplo de humildade, garra e caráter. A vocês, meus queridos e ilustres pais, dedico este trabalho com todo amor.

6 AGRADECIMENTOS À Deus pela oportunidade da vida e pela graça de ter me permitido concluir este trabalho. Aos meus pais, Célia e Regenilson, por serem meu alicerce. Sem o amor incondicional, amizade e o apoio de vocês não seria possível realizar este sonho. Meus amores! À minha irmã, Ludimila, única maninha, pelo carinho e companheirismo. Eternamente querida. Ao meu orientador, Prof. Thiago Soares Silva Ribeiro pela confiança depositada, pela paciência e pelos inenarráveis ensinamentos. Saiba que foi um privilégio trabalhar com você. À banca examinadora, Prof. Ms. Leonardo Odair Sanches Borges e Prof. Dr. Renato Rosseto, pelas valiosas sugestões e contribuições. Aos professores, Ms. Sci. Carolina Maria Goetz, Dr. Orlene da Silva Costa e ao prof. Dr. José Daniel Ribeiro de Campos por fornecer alguns dos equipamentos para o desenvolvimento deste trabalho. Às amigas queridas, Giovana Brandão, Gabriella Carvalho, Isabela Telles e Priscila Raiane, pela amizade e pelos agradáveis momentos compartilhados. Minhas flores. À minha amiga-irmã, Ana Flávia, pela amizade, pelo companheirismo, pelos momentos maravilhosos durante nossos quatro anos de convivência. Saiba que você é muito mais que uma amiga, você é minha irmã de coração. Aos técnicos do laboratório da UEG, pelo auxilio durante a realização das análises.

7 À Sulfago Sulfatos de Goiás Ltda. e ao Sr. Rafael de Paula, pelo fornecimento das amostras de coagulantes. Aos funcionários da ETE-DAIA, pelo auxilio na coleta das amostras de efluente. Por fim, agradeço à Universidade Estadual de Goiás (UEG) pelo apoio e por disponibilizar todos os equipamentos necessários para a realização deste trabalho.

8 Hoje me sinto mais forte Mais feliz, quem sabe Só levo a certeza de que Muito pouco sei Eu nada sei (Tocando em frente Almir Sater e Renato Teixeira)

9 RESUMO O desenvolvimento de atividades industriais gera além do produto, resíduos sólidos líquidos e gasosos que possuem enorme quantidade de poluentes. Porém, a busca por novas tecnologias para o tratamento adequado e posterior lançamento desses resíduos no meio ambiente tem ganhado destaque no cenário empresarial uma vez que as leis de controle ambiental tornaram-se mais severas. A disposição de resíduos de forma inadequada no meio ambiente provoca danos ecológicos, econômicos e também sociais devido à contaminação dos solos, das águas superficiais e subterrâneas, comprometendo, consequentemente, a vida de forma geral. Sendo assim, este trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência de diferentes agentes coagulantes no tratamento de efluentes pré-tratados que são destinados à Estação de Tratamento do Distrito Agroindustrial de Anápolis (ETE em estudo). Foram avaliados os seguintes agentes coagulantes: Kuriflock 333, policloreto de alumínio, cloreto férrico, sulfato de alumínio ferroso e sulfato de alumínio isento de ferro. Para diferenciar a ação de cada coagulante nos efluentes em questão foram analisados vários parâmetros, tais como: DQO, turbidez, tempo de decantação, valor comercial dos coagulantes com melhores resultados e os respectivos ph de operação. Os testes foram realizados em equipamento de Jar Test em regime turbulento de 240 rpm durante um período de 60 segundos para a dispersão rápida e uniforme dos agentes alcalinizantes e coagulantes. O coagulante sulfato de alumínio ferroso apresentou ação mais eficaz na remoção de turbidez em efluentes provenientes de diferentes segmentos industriais, removendo 97,4% da turbidez para uma concentração inicial de 1052 NTU. Em relação à DQO o coagulante mais promissor foi o policloreto de alumínio Sulfloc 1001 removendo cerca de 92,7% da matéria orgânica presente. O menor tempo de decantação, ou seja, o coagulante que formou os coágulos mais densos foi o sulfato de alumínio isento de ferro apresentando 9 minutos para a sedimentação ideal dos sólidos. Analisando o valor comercial dos coagulantes com resultados relevantes tem-se que o sulfato de alumínio ferroso foi o coagulante com menor valor comercial, apresentando uma importância de R$ 0,68/kg seguido do sulfato de alumínio isento de ferro, R$ 1,00/kg e em terceiro, o coagulante sulfloc 1001 apresentou o valor comercial mais elevado, R$ 1,96/kg de coagulante. Tendo em vista os valores de % de Remoção de DQO, % de Remoção de Turbidez, Tempo de Decantação e Valor Comercial (R$) do coagulante sulfato de alumínio ferroso recomenda-se, então, a sua utilização em uma proporção de 2,2 ml (coagulante) L -1 de efluente industrial, garantindo dessa forma um tratamento adequado para posterior disposição do mesmo em um corpo receptor. Palavras-chave: Efluentes industriais. Agentes coagulantes. DQO. Turbidez.

10 LISTA DE FIGURAS FIGURA 1 - Fluxograma da ETE DAIA FIGURA 2 - Esquema da Dupla Camada Elétrica FIGURA 3 Planejamento do Procedimento Experimental FIGURA 4 - Cone Imhoff FIGURA 5 - Esquema do Processo de Sedimentação: (A) Antes da Aplicação de Coagulantes e (B) Após a adição dos coagulantes FIGURA 7 - Gráfico de Remoção da DQO FIGURA 8 - Percentual de Remoção de Turbidez FIGURA 9 - Dosagem dos coagulantes conforme o dia de coleta

11 LISTA DE TABELAS tabela 1 - Agentes Coagulantes Empregados no Tratamento De Efluentes e seus Respectivos ph de Operação Tabela 2 - Mecanismos de Coagulação Tabela 3 Métodose e equipamentos Utilizados para Análises de Caracterização. 28 Tabela 4 - Preparo de Brancos e Amostras para Análises De Dqo Tabela 5 - Caracterização Físico-Química dos Efluentes Industriais Tabela 6 - Dados Experimentais de Dosagem dos Coagulantes Tabela 7 - Tempo de Decantação dos Precipitados Tabela 8 - Porcentagem de Remoção de DQO Tabela 9 Porcentagem de Remoção de Turbidez no Efluente Coletado em uma Segunda-Feira Tabela 10 Porcentagem de Remoção De Turbidez no Efluente Coletado em uma Quarta-Feira Tabela 11 Porcentagem de Remoção de Turbidez no Efluente Coletado em uma Sexta-Feira Tabela 12 Volume de Sólidos Sedimentáveis após o Processo de Coagulação Tabela 13 - Valores dos ph após o Tratamento Tabela 14 - Valor Comercial dos Agentes Coagulantes Tabela 15 - Dosagem dos Coagulantes e os Respectivos Custos

12 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS Al 2 (SO 4 ) 3 Sulfato de Alumínio Al(OH) 3 Cl 3 Policloreto de Alumínio Art. - Artigo CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente CO 2 - Dióxido de Carbono DAIA Distrito Agroindustrial de Anápolis DQO Demanda Química de Oxigênio ETE Estação de Tratamento de Efluentes FeCl 3 Cloreto Férrico Fe(SO 4 ) 3 Sulfato de Alumínio Ferroso HCl Ácido clorídrico NaOH Hidróxido de Sódio NTU Unidade Nefelométrica de Turbidez ph Potencial Hidrogeniônico SS Sólidos Sedimentáveis UV - Ultravioleta VIS Visível μm Micrometro, unidade de comprimento

13 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA EFLUENTES INDUSTRIAIS ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES (ETE) E ETAPAS DE TRATAMENTO Tratamento Preliminar Tratamento Primário Tratamento Secundário COAGULAÇÃO E FLOCULAÇÃO Coagulação Floculação PARÂMETROS DE CONTROLE EM ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE EFLUENTES ph Demanda Química de Oxigênio (DQO) Turbidez Sólidos Sedimentáveis (SS) DESENVOLVIMENTO MATERIAIS E MÉTODOS Procedimento Experimental Amostragem e Coleta Caracterização do Efluente Testes de Precipitação Ensaios de Coagulação Testes de dosagem dos agentes coagulantes Análise da Demanda Química de Oxigênio... 30

14 3.1.8 Turbidez Tempo de decantação de Sólidos Sedimentáveis Estudo de Viabilidade Econômica RESULTADOS E DISCUSSÃO Caracterização dos Efluentes Testes de precipitação Ensaios de coagulação Testes de dosagem dos coagulantes Tempo de Decantação Teste de DQO Teste de Turbidez Sólidos Sedimentáveis ph Após a Adição dos Coagulantes Estudo de Viabilidade Econômica CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS... 51

15 1 INTRODUÇÃO As atividades industriais têm contribuído em larga escala para a contaminação do solo, dos corpos receptores de água, das águas subterrâneas e da atmosfera, ou seja, do meio ambiente de modo geral. Essa poluição se deve aos diversos tipos de resíduos sólidos, líquidos e gasosos gerados como consequências dos processos produtivos. Esses resíduos são inevitáveis e ao mesmo tempo indesejáveis, podendo ser minimizados e/ou tratados (AMORIM, 2012). O lançamento de resíduos líquidos, sem tratamento prévio em corpos hídricos e até mesmo no solo provocam além de poluição ambiental, doenças em indivíduos que utilizam esses recursos, bem como a mortalidade de seres aquáticos devido à falta de oxigênio no corpo d água receptor. Dessa forma, remover a matéria contaminante é de extrema importância (MAJED et al., 2012). Os efluentes industriais possuem características variáveis e, por essa razão, diversos níveis ou etapas de tratamento são empregadas com a finalidade de obter um efluente tratado com qualidade e dentro dos padrões exigidos pela legislação para descarte. As Estações de Tratamento de Efluentes (ETEs) são os locais específicos destinados a tratar os resíduos líquidos ou efluentes (COSSICH, 2006). De acordo com Frick (2011), são realizadas quatro etapas de tratamento: etapa preliminar (gradeamento), etapa primária (físico-química), etapa secundária (biológica) e etapa terciária que é aplicada em função das necessidades de cada indústria e por essa razão nem sempre está presente em todas as indústrias. Dentre as inúmeras impurezas presentes nos efluentes estão os sólidos em suspensão e os sólidos dissolvidos de origem orgânica ou inorgânica, denominados de matéria coloidal, e também microrganismos de diversas espécies que não são removidos por operações físicas. Para tanto, recorre-se a processos físico-químicos de coagulação/floculação (GUIMARÃES, 2013). O sistema de coagulação/floculação promove a desestabilização dos colóides e, posterior aglomeração dos mesmos, sendo que esse processo produz partículas com dimensões maiores e mais densas que são passíveis de remoção por operações unitárias subsequentes de sedimentação, decantação, flotação ou filtração (BARBOSA, 2011). 15

16 Em virtude do exposto, este trabalho tem como objetivo avaliar o processo de tratamento de efluentes de uma Estação de Tratamento de Efluentes do DAIA (Distrito Agroindustrial de Anápolis), através da realização de um estudo de coagulação, com o intuito de determinar o melhor tipo de coagulante que deve ser empregado para garantir que o lançamento dos efluentes tratados nos corpos receptores esteja de acordo com os padrões exigidos pela legislação. Será realizado também um estudo de viabilidade econômica referente aos agentes coagulantes que apresentarem melhores resultados. 16

17 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 EFLUENTES INDUSTRIAIS Criado em 09 de novembro de 1976, o Distrito Agroindustrial de Anápolis (DAIA) surgiu com o objetivo de agregar valor à produção agropecuária e mineral da região centro-oeste brasileira. Composto por 181 empresas de diversos setores, traz agregado ao desenvolvimento econômico a preocupação com os passivos gerados através de suas atividades, sendo de responsabilidade dos órgãos ambientais juntamente com a Goiás Industrial a fiscalização. Visando a diminuição dos impactos ambientais, o Distrito possui uma Estação de Tratamento de Efluentes (ETE) que recebe todo o rejeito líquido industrial previamente tratado pelas indústrias que o compõe garantindo que os efluentes descartados no corpo hídrico receptor estará em conformidade com a legislação vigente (ASSEMBLEIA LEGISLATIVA ESTADO DE GOIÁS, 2014; GOIÁS INDUSTRIAL, 2014). De acordo com a Norma Brasileira NBR 9800/1987, Efluente líquido industrial é o despejo líquido proveniente do estabelecimento industrial, compreendendo emanações de processo industrial, águas de refrigeração poluídas, águas pluviais poluídas e esgoto doméstico (BRASIL, 1987). As características físicas, químicas e biológicas dos efluentes são especificas de cada indústria e do tipo de processo utilizado, dificultando assim uma generalização de valores dos parâmetros mais comuns, frequentemente, monitorados. Dessa forma, a preocupação ambiental e a legislação exigem que as empresas realizem procedimentos que quantifiquem e qualifiquem a composição dos resíduos líquidos gerados (FRICK, 2011). O Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) através da Resolução nº 430 de 2011 que altera a Resolução nº 357 de 2005, em seu Artigo 16, estabelece que os efluentes de qualquer fonte poluidora somente poderão ser lançados, direta ou indiretamente, nos corpos hídricos, após o devido tratamento e desde que obedeçam as condições, padrões e exigências dispostos nesta Resolução e em outras normas aplicáveis. Os rejeitos líquidos quando lançados ao meio ambiente com sua carga poluente integral, causam alterações na qualidade dos corpos receptores e, 17

18 consequentemente, sua degradação. Por isso, é fundamental conciliar a produção industrial com a conservação ambiental. Entretanto, vários processos e operações unitárias podem ser utilizados para redução e/ou eliminação das substâncias contaminantes, sendo eles físicos, químicos e biológicos que podem ser empregados de forma isolada ou combinados. A escolha do processo de tratamento está relacionada diretamente com a eficiência requerida e a capacidade de purificação do ecossistema aquático receptor (CAMMAROTA, 2011; POLPRASERT, 2005; MOHAN, 2008). As Resoluções nº 357/2005 e 430/2011 do CONAMA deliberam as diretrizes ambientais sobre a classificação e enquadramento dos corpos receptores e ainda estabelece as condições e padrões de lançamento dos efluentes, além de permitir que os órgãos ambientais estaduais adotem medidas mais restritivas (BRASIL, 2011). 2.2 ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES (ETE) E ETAPAS DE TRATAMENTO As ETEs são os locais destinados a realizar o tratamento adequado dos efluentes promovendo a remoção a maior quantidade possível da carga poluidora de forma a minimizar danos ao meio ambiente e a saúde pública (NETTO, 2011). A Figura 1 ilustra o fluxograma da Estação de Tratamento de Efluentes do Distrito Agroindustrial de Anápolis (ETE-DAIA). 18

19 Figura 1 - Fluxograma da ETE DAIA. Fonte: GOIASINDUSTRIAL, Devido à complexidade da composição dos efluentes industriais é preciso associar diversas etapas de tratamento para que o resíduo possa ser adequadamente tratado e posteriormente descartado nos corpos hídricos sem causar passivos ambientais (FRICK, 2011) Tratamento Preliminar O tratamento preliminar é constituído unicamente por métodos de físicos de separação, isto é, operações unitárias que promovem a remoção de materiais grosseiros, sólidos flutuantes e areia do efluente, através da aplicação de processos físicos de separação utilizando grades e/ou peneiras com diâmetros variados e caixas de areia. É uma etapa de baixo custo em relação aos demais processos apresentando grande relevância visto que evita a obstrução de dispositivos como bombas, tubulações e válvulas que são empregadas em etapas posteriores (TELLES, COSTA, 2007; BURTON, 2007). 19

20 2.2.2 Tratamento Primário É constituído basicamente por processos físico-químicos que proporcionam a remoção de sólidos sedimentáveis ou não em suspensão e/ou dissolvidos. Participam dessa etapa processos de coagulação/floculação, oxidação, redução entre outros (NUNES, 2008). O processo mais usual para esta etapa é o sistema de coagulação/floculação com adição de produtos químicos denominados de agentes coagulantes/floculantes para a remoção de materiais particulados (colóides) incapazes de sedimentar com ação da força da gravidade. (VON SPERLING, 2005; SÁNCHEZ-MARTIN et al., 2010) Tratamento Secundário De acordo com Dezotti (2008) o tratamento secundário ou biológico está relacionado com a redução e/ou remoção da matéria orgânica através de reações bioquímicas desencadeadas por microrganismos (bactérias e fungos) que atuam na presença ou na ausência de oxigênio. A Equação 1 mostra a reação química que ocorre durante a etapa secundária: Matéria Orgânica (s) + Bactérias H 2 O (aq ) + CO 2 (g) + Bactérias + Lodo (s) (1) O produto principal de um tratamento tanto em condições aeróbia e anaeróbia é o lodo que pode ser dividido em lodo químico e lodo biológico. O primeiro resulta do tratamento primário e devido à presença de metais e outros contaminantes têm limitações quanto ao seu aproveitamento. O lodo biológico possui alta concentração de nutrientes e, por essa característica, pode ser aproveitado como fertilizantes na agricultura (LINS, 2010). O lodo, de forma geral, é separado da fase aquosa em decantadores e adensadores devido à sua capacidade de floculação e o sólido excedente é recirculado para as lagoas de estabilização ou reatores para otimizar a oxidação da matéria orgânica complementar no efluente (BENTO, 2005). 20

21 2.3 COAGULAÇÃO E FLOCULAÇÃO Coagulação A maior parte das impurezas presentes nos efluentes encontra-se na forma de materiais particulados, denominados de colóides ou suspensões coloidais que são sólidos sedimentáveis de natureza orgânica ou inorgânica com tamanhos que variam entre 0,001 μm a 10 μm. Devido a elevada área superficial dos colóides, íons presentes no meio são adsorvidos em sua superfície tornando-os eletricamente carregados (com cargas negativas), em decorrência disso surgem as forças eletrostáticas repulsivas que impedem a aproximação e/ou aglomeração dos mesmos, consequentemente, a dispersão ou suspensão coloidal torna-se estável sendo inviável sua remoção por processos físicos convencionais (GUIMARÃES, 2013). A existência de um potencial elétrico na superfície das partículas coloidais é devido a vários mecanismos, tais como a protonação e desprotonação, dissociação e ionização de moléculas e íons, adsorção de surfactantes iônicos e/ou polieletrólitos. (SOUSA FILHO, SERRA, 2015). A aplicação do processo de coagulação no tratamento de efluentes está vinculado à remoção das impurezas de natureza coloidal uma vez que a adição de produtos químicos apropriados, denominados de agentes coagulantes promovem a redução das forças de repulsão entre os coloides quando o efluente encontra-se em ph ideal, isto é, a coagulação ocorre quando a barreira energética das forças repulsivas que atuam sob as partículas coloidais é eliminada. Os pequenos coágulos, após a desestabilização, tendem a se aproximar e formar partículas mais densas, os flocos, que por ação da força gravitacional decantam e, portanto, podem ser removidas por operações de filtração (BONGIOVANI, et al., 2010; CIABATTIA et al., 2008). A coagulação compreende dois fenômenos para a completa formação dos coágulos: primeiramente, a reação química entre coagulante e efluente formando partículas hidrolisadas com cargas positivas; e posteriormente, a aglomeração dessas partículas neutralizadas formando os coágulos. Para que esse processo ocorra de maneira efetiva é necessário promover a agitação rápida e rigorosa da 21

22 mistura a fim de que coagulante seja uniformemente disperso no líquido (DI BERNARDO & DANTAS, 2005). A eficiência do processo de coagulação depende de diversos fatores, tais como ph, tipo, concentração e dosagem do agente coagulante, temperatura, velocidade e tempo de mistura. Esses dois últimos fatores são de extrema importância para a formação de sólidos mais densos, uma vez que os coágulos formados podem se romper caso esses itens sejam desconsiderados (SANTOS, 2014). Os coagulantes frequentemente utilizados no tratamento de efluentes e as respectivas faixas de ph para a correta operação estão dispostos na Tabela 1: Tabela 1 - Agentes coagulantes empregados no tratamento de efluentes e seus respectivos ph de operação. Coagulante Fórmula Química ph ótimo Sulfato de Alumínio Al 2 (SO 4 ) 3 7,0 8,0 Sulfato Férrico Fe 2 (SO 4 ) 3 5,5 8,8 Sulfato Ferroso FeSO 4 5,5 8,8 Cloreto Férrico FeCl 3 5,5 8,8 Policloreto de Alumínio Al 2 (OH) 3 Cl 3 5,0 8,0 Fonte: Cossich (2006); Yang et al. (2010). Os coagulantes à base de sais metálicos são os mais utilizados quando a questão é o tratamento de água ou efluentes industriais, porém por serem dependentes do ph é necessário o controle residual de metais no efluente tratado. Uma alternativa é a utilização de coagulantes naturais que são biodegradáveis, atóxicos e reduzem a quantidade de lodo produzido e ainda com menores teores de metais (CAMILO, 2013). Os taninos como, por exemplo, o kurifloc 333 são exemplos pertinentes de coagulantes naturais que possuem ação análoga à dos coagulantes à base de sais metálicos, porém não causam alterações no ph do efluente tratado e são efetivos em uma faixa de ph de 4,5 a 8,0. Essa faixa ampla de ph, normalmente, dispensa a utilização de agentes alcalinizantes como cal e soda, tornando o processo mais barato e menos nocivo aos operadores do sistema de tratamento (PELEGRINO, 2011). 22

23 De acordo com Ravina e Moramarco (1993) citados por Costa (2013), o processo de coagulação pode ocorrer devido a quatro mecanismos: compressão da camada difusa, neutralização de cargas, adsorção e formação de ponte e varredura. A Tabela 2 descreve cada um desses mecanismos citados. Tabela 2 - Mecanismos de coagulação. Mecanismos Compressão da Difusa Adsorção Camada e Neutralização das Cargas Adsorção e Formação de Pontes Varredura Descrição Adição de coagulantes favorece o aumento da densidade de cargas na camada difusa e em decorrência disso, ocorre a diminuição da espessura da dupla camada desestabilizando a dispersão coloidal e proporcionando a aproximação das partículas. A dosagem do coagulante independe da concentração da dispersão. É um processo irreversível. É caracterizada pela interação coagulante-colóide, onde os íons liberados na hidrólise dos coagulantes são adsorvidos na superfície dos colóides reduzindo a barreira energética de repulsão. O fenômeno de adsorção promove a neutralização de cargas permitindo a aglomeração das partículas já que os coagulantes apresentam cargas opostas às dos colóides. Nesse caso, a adição de coagulante é diretamente proporcional a concentração dos coloides. Os polímeros de grandes cadeias moleculares possuem sítios ionizáveis que favorecem a formação de pontes químicas entre os colóides em que estão adsorvidos e outras partículas. É um mecanismo dependente da dosagem adicionada de coagulante, do ph e da concentração de colóides no efluente. Os flocos formados, geralmente, são maiores e sedimentam mais rapidamente que os formados pelo mecanismo anterior. Fonte: Ravina e Moramarco, 1993; Di Bernardo e Dantas, 2005; Libânio, Potencial Zeta Os colóides adquirem cargas em suas superfícies devido a diversos mecanismos, dentre os quais estão à ionização de grupos de átomos presentes no efluente, à adsorção de íons, à protonação ou desprotonação e também devido à solubilização de moléculas (WILEY, 2005). 23

24 A superfície carregada eletricamente, por cargas negativas, atrai íons de carga oposta formando uma camada compacta que sob influência de forças eletrostáticas atrai outros íons formando, consequentemente, a camada difusa devido ao movimento de íons na solução aquosa existe um certo grau de desordem que provoca o espalhamento dos mesmos ao redor da superfície coloidal carregada, originando uma dupla camada difusa como mostra a Figura 2 (SCHEUERMAN, 1998). Nessas partículas coloidais com propriedade elétricas há um potencial eletrocinético denominado de potencial zeta. O potencial zeta é uma medida entre o plano de cisalhamento e o meio que se desenvolve ao redor da partícula, ou seja, o potencial zeta pode ser descrito como sendo a região de fronteira das camadas compacta e difusa como ilustra a Figura 2 e pode ser determinado através de eletroforese, diferença de potencial osmótico e diferencia de potencial de sedimentação, por exemplo (LAMEIRAS, 2008; KURITZA, 2012). Figura 2 - Esquema da Dupla Camada Elétrica Fonte: DI BERNARDO e DANTAS, O potencial zeta está relacionado à estabilidade das dispersões coloidais. Desse modo, é uma medida de grande importância para a química de superfícies e 24

25 para estudos referentes à nanomateriais em virtude que através de seus valores é possível prever a estabilidade ou não do sistema coloidal (MAYORAL et al., 2014). Um potencial zeta elevado confere estabilidade à solução e em decorrência disso é impossível a aglomeração das partículas, enquanto que valores baixos favorecem a agregação das mesmas, ou seja, tendem a sofrer processos de coagulação e floculação. As forças de Van der Waals são responsáveis pela interação, pela estabilidade das partículas coloidais e pela adsorção de diferentes íons na superfície dos coloides (HUNTER, 1988; ARAÚJO et al., 2010) Floculação A floculação é um processo que envolve aglomeração das partículas desestabilizadas no processo de coagulação. É uma etapa que exige agitação suave do fluido para que ocorra adesão entre as partículas e, consequentemente, a formação de flocos maiores e mais densos passíveis de remoção por técnicas de sedimentação e filtração (FURLAN, 2008). Para auxiliar o processo de floculação pode-se adicionar substâncias denominadas de polieletrólitos, polímeros que aumentam a velocidade de sedimentação dos flocos e a resistência às forças de cisalhamento (NUNES, 2006). 2.4 PARÂMETROS DE CONTROLE EM ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE EFLUENTES ph É um dos primeiros parâmetros a ser verificado de maior frequência de monitoramento em estações quando se trata de tratamento de água ou efluentes, pois é um fator que interfere diretamente em todo o processo, principalmente, na etapa de coagulação. Os coagulantes utilizados no tratamento possuem uma faixa de ph específica de operação que deve ser rigorosamente seguida para que o processo de coagulação ocorra de modo eficaz. Um ph inadequado provoca ineficiência nesta etapa e aumenta os custos operacionais em uma Estação de Tratamento (SILVA, 2010). O ph baixo maximiza os efeitos da corrosividade, enquanto o ph alto promove incrustações nas tubulações. De acordo com o Art. 34 4º da Resolução 25

26 CONAMA 430/11, o ph do efluente a ser lançado em corpos d água deve estar entre 5,0 e 9,0 (TELLES, COSTA, 2007; BRASIL, 2005) Demanda Química de Oxigênio (DQO) A Demanda Química de Oxigênio (DQO) está relacionada à quantidade de oxigênio consumida para oxidar quimicamente espécies orgânicas e até mesmo inorgânicas existentes no efluente através da adição de soluções com agente oxidante forte como o dicromato de potássio (K 2 Cr 2 O 7 ). É um parâmetro indispensável no monitoramento de efluentes líquidos dado que relaciona o potencial do tratamento aplicado. Facilmente determinada, apresenta baixo custo e menor tempo de realização podendo ser determinada por métodos espectrofotométricos e/ou colorimétricos. A Equação 2 apresenta a reação química de oxidação (BAIRD, 2011). 2Cr 2 O H + + 3C 4Cr H 2 O + 3CO 2 (2) A DQO é um dos indicadores globais de matéria orgânica e inorgânica contida nos efluentes e conhecendo seu valor, antes e após o tratamento, é possível, avaliar o desempenho de um sistema de tratamento (SILVEIRA, 2010) Turbidez A turbidez de uma efluente está relacionada à interferência que um feixe de luz sofre ao passar por um meio aquoso que contem sólidos em suspensão ou dissolvidos. É um parâmetro que deve ser rigorosamente controlado, pois afeta a vida dos seres aquáticos e também a economia do processo de tratamento uma vez que quanto mais turvo o efluente estiver, maior a quantidade de produtos químicos a serem utilizados, isto é, será necessário adicionar mais agentes coagulantes e/ou floculantes para clarificar o efluente (VIEIRA, 2014) Sólidos Sedimentáveis (SS) A quantidade de sólidos sedimentáveis (SS) presentes em um efluente é um índice da quantidade de lodo que será removido por técnica de decantação. São determinados para controlar o assoreamento dos corpos hídricos (LINS, 2010). 26

27 3 DESENVOLVIMENTO 3.1 MATERIAIS E MÉTODOS Procedimento Experimental Esse trabalho foi divido nas seguintes etapas: coleta, caracterização do efluente, ensaios de precipitação, ensaios de coagulação (otimização da dosagem e do ph de operação dos coagulantes), análises físico-químicas (ph antes/após o tratamento, DQO e turbidez), tempo de decantação e tratamento de dados. Os ensaios foram realizados no laboratório de enzimologia do Campus de Anápolis de Ciências Exatas e Tecnológicas - Henrique Santillo situado na cidade de Anápolis/GO. Todas as análises foram realizadas em triplicata para melhor representatividade dos dados. O procedimento experimental apresenta-se na Figura 3. Figura 3 Planejamento do Procedimento Experimental. 27

28 3.1.2 Amostragem e Coleta As amostras dos efluentes foram coletadas de acordo com a NBR 9898 de junho de 1987, sendo a coleta de forma composta (1h em 1h até um total de 4h) no local de entrada dos rejeitos líquidos na Estação do Distrito durante um período de três dias (segunda-feira, quarta-feira e sexta-feira) e em diferentes horários para obtenção de amostras mais representativas. As amostras foram armazenadas em recipientes plásticos de 5L adequadamente higienizados, devidamente fechados e encaminhadas até o laboratório de enzimologia da Universidade para realização das análises Caracterização do Efluente As amostras coletadas do rejeito líquido foram caracterizadas quanto aos seguintes parâmetros físico-químicos: ph, turbidez e DQO. A Tabela 3 apresenta os métodos e equipamentos que foram utilizados para esta análise e outras posteriores. Tabela 3 Métodos e equipamentos utilizados para análises de caracterização. Parâmetros Métodos/Equipamentos ph Potenciométrico/Potenciômetro Digimed (DMPH 2) Turbidez Nefelométrico/ Turbidímetro Portátil Microprocessado (MS TECNOPON TB 1000P) DQO Espectrofotométrico/ Espectrofotômetro UV/VIS de Varredura (0798U2VS) Testes de Precipitação Os testes de precipitação foram realizados mediante a variação do ph inicial do efluente até o valor máximo de 12,0 em intervalos de 0,5 com adição de hidróxido de sódio (NaOH 1 mol L -1 ) ou ácido clorídrico (HCl 1 mol L -1 ), dependendo do ph inicial do efluente, com a finalidade de identificar o ph em que se inicia a precipitação e, posterior decantação dos metais pesados e de outros componentes presentes no efluente em questão. 28

29 O equipamento utilizado para prover a mistura do agente alcalinizante de forma rápida e homogênea foi o Jar Test de 3 provas microprocessado (Q3O5M3) com uma rotação especifica de 240 rpm durante um minuto. As análises posteriores foram realizadas a partir de novas amostras, entretanto, coletadas de acordo com o mesmo procedimento proposto e nos mesmos dias Ensaios de Coagulação Todos os ensaios de coagulação foram realizados no equipamento de Jar Test em zona de mistura rápida com rotação de 240 rpm. Para cada ensaio foi utilizado um volume padrão de 1L de amostra, variando o ph inicial do efluente bruto até o valor máximo de 9, em intervalos de 0,5 com adição de NaOH 1 mol L -1 ou HCl 1 mol L -1 para logo, em seguida, adicionar 0,5 ml do agente coagulante. Esse ensaio foi qualitativo com o objetivo de averiguar quais coagulantes teriam efeito sob o efluente a ser tratado, ou seja, quais os coagulantes seriam capazes de promover a desestabilização das partículas coloidais, bem como, a melhor faixa de ph para que isso ocorresse. Após o tratamento, as amostras foram deixadas em repouso para sedimentar e o tempo de sedimentação foi registrado para posterior análise. Nesta etapa foram analisados os seguintes coagulantes (apresentados na forma líquida): cloreto férrico, sulfato de alumínio isento de ferro, sulfato de alumínio ferroso, kuriflock 333 e policloreto de alumínio (PAC) sulfoc Através deste ensaio foi possível obter uma relação entre o tipo de coagulante que possui ação no efluente da Estação de Tratamento em estudo e a faixa de ph ideal para a operação dos mesmos. As fichas de Especificações Técnicas a respeito desses agentes coagulantes estão dispostas no Anexo Testes de dosagem dos agentes coagulantes Após verificar em qual ph o agente coagulante atua com maior eficácia, foram realizados ensaios de dosagem para propor uma quantidade capaz de abranger o tratamento de efluentes com baixa e com alta carga poluidora. Os testes foram realizados através da variação da quantidade (em ml) dos coagulantes com melhores resultados obtidos nos ensaios de coagulação. A 29

30 dosagem foi feita em intervalos de 0,1 ml até que a amostra estivesse visivelmente clarificada. Para o estudo das dosagens ideais e também para a homogeneização e dispersão rápida dos coagulantes foi utilizado o equipamento de Jar Test com rotação de 240 rpm Análise da Demanda Química de Oxigênio As análises de DQO foram realizadas baseando-se no Standard Methods 5220D (APHA, 1999) um método colorimétrico clássico que envolve a oxidação de matéria orgânica biodegradável ou não através de reações de oxidação utilizando dicromato de potássio (K 2 Cr 2 O 7 ) em meio fortemente ácido na presença de catalisador e em alta temperatura (150 ºC). Primeiramente, foi necessário realizar o preparo das soluções como descrito no Standard Methods 5220D, sendo elas: 1. Solução digestora: Em um béquer de 50 ml foram pesados exatamente 5,108 g de K 2 Cr 2 O 7 previamente seco à 150 ºC durante 2 horas. A massa sólida foi solubilizada em aproximadamente 300 ml de água destilada e, em seguida, a solução foi transferida para um balão volumétrico de 500 ml. O balão foi colocado em um banho de gelo para que 83,5 ml de ácido sulfúrico concentrado pudesse ser adicionado lentamente e com muito cuidado pelas paredes do recipiente. Posteriormente, foram adicionados 16,65 g de sulfato de mercúrio (HgSO 4 ) e o volume completado com água destilada. A mistura foi transferida para um frasco âmbar devidamente identificado para preservar as propriedades físicas e químicas da mesma. 2. Ácido sulfúrico em grau reagente (p.a): Em um frasco tipo âmbar foram adicionados 500 ml de H 2 SO 4 concentrado e, em seguida, 5,0674 g de sulfato de prata (AgSO 4 ) na forma de cristais em grau reagente. Para dissolver completamente o sal, foi necessário deixar a mistura em repouso durante um período de 24 a 48 horas. Obs.: A relação descrita é de 5,5 g de AgSO 4 /kg de H 2 SO 4 (conc.). 30

31 3. Solução de ácido sulfâmico: 1,0 g de ácido sulfâmico foi solubilizado em exatamente 5 ml de água destilada. Obs.: Esta solução foi preparada no dia da análise, pois caso armazenada por longos períodos pode hidrolisar-se. 4. Solução de biftalato de potássio: Exatamente 0,425 g biftalato de potássio previamente seco à 150 ºC por 2 horas foi solubilizado em 30 ml de água destilada e imediatamente a solução foi transferida para um balão volumétrico de 1000 ml completando seu volume com água destilada. Obs.: O biftalato de potássio tem uma DQO de 1,176 mg de O 2 /mg e sua solução com 0,425 g/l tem uma DQO teórica de 0,5 g de O 2 /L. É uma solução utilizada apenas para construção da curva de calibração. As amostras após o processo de coagulação foram diluídas para que as leituras não extrapolassem a curva padrão de calibração. A diluição ocorreu em uma proporção de 99 ml de água para 1 ml de amostra a fim de minimizar os possíveis erros durante a digestão como, por exemplo, a amostra torna-se verde. Amostras e brancos foram preparadas como mostra a Tabela 4. Em cada tubo de DQO foram adicionados 1,5 ml de solução digestora; 3,5 ml de solução de H 2 SO 4 em grau reagente despejando o ácido pelas paredes do tubo, pois a reação é exotérmica; 0,1 ml de ácido sulfâmico; 2,5 ml de amostra diluída (na proporção de 1 ml de amostra para 99 ml de água destilada) e 2,5 ml de água destiladas para os tubos designados de brancos. Tabela 4 - Preparo de brancos e Amostras para análises de DQO Solução Solução Ácido Amostra Água Volume Identificação Digestora H 2 SO 4 Sulfâmico Diluída Destilada Total dos tubos (ml) (ml) (ml) (ml) (ml) (ml) Amostras 1,5 3,5 0,1 2,5 _ 7,6 Branco 1 1,5 3,5 0,1 _ 2,5 7,6 Branco 2 1,5 3,5 0,1 _ 2,5 7,6 31

32 Os tubos foram fechados apertando bem suas tampas para que nenhuma alíquota da mistura escapasse e homogeneizados com a finalidade misturar completamente os reagentes. Feito isso, as amostras e apenas o branco 2 foram submetidos a digestão em um bloco digestor durante um período de 2 horas à 150 ºC. Dois brancos foram preparados para avaliar a intensidade de decréscimo de DQO pelo branco digerido, quando a absorção deste é comparada com a absorção do branco não-digerido. É um indicativo da qualidade dos reagentes. Após o tempo de digestão, os tubos ficaram em repouso para resfriarem lentamente até a temperatura ambiente para realização das leituras. A determinação da DQO ocorreu pelo método de colométrico em um espectrofotômetro UV/VIS de varredura com comprimento de onda de 200 nm a 800 nm Turbidez As análises de turbidez foram realizadas utilizando um turbidímetro portátil microprocessado MS TECNOPON TB 1000P Tempo de decantação de Sólidos Sedimentáveis Após o processo de coagulação, foi verificado o tempo de decantação dos sólidos formados com o auxílio de um cone imhoff (Figura 4), tendo em vista que este parâmetro fornece dados para propor qual melhor opção de tratamento, bem como quais equipamentos deverão ser utilizados (Exemplo: Decantador), ou ainda se é necessária uma etapa de filtração do efluente para remoção de partículas ainda existentes. 32

33 Figura 4 - Cone Imhoff Estudo de Viabilidade Econômica Dentre os coagulantes testados foram analisados, quanto ao valor comercial (R$), aqueles apresentaram melhores resultados em relação à remoção da turbidez, remoção da matéria orgânica biodegradável ou não (DQO), dosagem (ml), menor tempo de sedimentação. 3.2 RESULTADOS E DISCUSSÃO Caracterização dos Efluentes Durante o trabalho foram realizadas três amostragens. Os resultados obtidos através das análises físico-químicas de caracterização dos efluentes estão apresentados na Tabela 5. Evidencia-se heterogeneidade nas amostras coletadas devido à variação dos parâmetros ao longo do período de coleta. 33

34 Tabela 5 - Caracterização físico-química dos efluentes industriais. Parâmetros Amostragem Efluente A Efluente B Efluente C ph 4,8 6,98 6,63 DQO (mg O 2 L -1 ) 7888, Turbidez (NTU) ,8 68,1 Obs.: Efluente A: segunda-feira; Efluente B: quarta-feira (dia chuvoso); Efluente C: sexta-feira Testes de precipitação Os testes de precipitação mostraram que apenas com o ajuste do ph dos efluentes in natura (mostrados na Tabela 5) até ph igual a 12 houve a formação de precipitados em faixas especificas sendo que a partir do ph 8,0 é que o processo de precipitação ocorreu com maior eficácia. O ajuste foi realizado com hidróxido de sódio, NaOH 0,1 mol L -1. O estudo do ph é de extrema importância tanto para o processo de precipitação de metais, quanto para o processo de coagulação uma vez que cada coagulante tem uma faixa de ph ótimo específica Ensaios de coagulação Esse teste teve como objetivo determinar qualitativamente o agente coagulante que tem ação mais efetiva sobre os efluentes que chegam à estação, observando inicialmente se houve ou não a formação de coágulos, a aparência dos coágulos, quando formados, e a faixa de ph de operação dos diferentes coagulantes testados. O estudo é importante para verificar a necessidade de alterações ou não no layout do sistema de tratamento atual. Nas três amostras de efluentes foram testados os coagulantes, na forma líquida, sulfato de alumínio ferroso, sulfato de alumínio isento de ferro, cloreto férrico, Sulfloc 1001 (PAC) e Kuriflock 333 sendo que os volumes adicionados dos agentes coagulantes variaram de 0,1 ml coagulante/l efluente até 2,2 ml coagulante/l efluente. A faixa de ph testada foi de 6,0 à 9,0 para todos os coagulantes, ajustando-se o ph das amostras à medida em que o agente coagulante era dosado. Com esse ensaio foi possível observar que o coagulante Kuriflock 333 e o cloreto férrico não tiveram efeito sobre o efluente industrial da ETE em estudo, uma vez que não foram capazes de promover a formação de coágulos e ainda deixaram 34

35 o efluente com coloração mais intensa que a original. Os demais apresentaram resultados visualmente notáveis. O policloreto de alumínio (PAC) formou precipitados em toda a faixa de ph testada (6,0 < ph < 9,0) com destaque para ph igual a 8,0. O sulfato de alumínio ferroso e sulfato de alumínio isento de ferro apresentaram resultados melhores em meio mais alcalino, isto é, em ph de 8,0-9,0 como mostra a Tabela 6. Tabela 6 - Faixa de ph ótima para ação dos coagulantes. FORMAÇÃO DE COÁGULOS ph PAC Kurifloc 333 Sulfato de Alumínio Isento de Ferro Sulfato de Alumínio Ferroso Cloreto Férrico 6,00 X ,00 X ,00 X - X X - 9,00 X - X X Testes de dosagem dos coagulantes Nos testes de dosagem dos coagulantes foi utilizada, inicialmente, uma razão de 0,5 ml (coagulante) /L efluente até o volume ideal para a clarificação do efluente. Para a clarificação do efluente foram utilizados volumes que variaram de acordo com os dias de coleta das amostras sendo que foram adicionados: 1,1 a 1,3 ml de sulfato de alumínio isento; 0,9 a 1,5 ml de policloreto de alumínio (sulfloc 1001 ) e de 1,1 a 2,2 ml de sulfato de alumino ferroso. Sendo assim, a Tabela 7 mostra os coagulantes dosados, o ph escolhido através dos ensaios de coagulação e o volume de coagulante até a clarificação da amostra. 35

36 Tabela 7 - Dados experimentais de dosagem dos coagulantes. Coagulantes ph Volume (ml) Mínimo Máximo Sulfato Alumínio Isento de Ferro 9 0,5 1,3 PAC (Sulfloc 1001 ) 8 0,5 1,5 Sulfato Alumínio Ferroso 9 0,5 2,2 Através dos ensaios realizados, verificou-se que 0,5mL (coagulante) /L (efluente) foi suficiente para promover a formação de coágulos em todos os casos, mas para promover uma melhor clarificação foi necessário utilizar maiores volumes. Dessa forma, o coagulante mais promissor foi sulfato de alumínio isento de ferro, seguido pelo sufloc Menores dosagens de coagulantes implicam na economia da estação, melhor logística de armazenamento de produtos químicos e menor utilização da mão-de-obra, evitando dessa forma, acidentes de trabalho provenientes do preparo dos mesmos Tempo de Decantação O tempo de decantação dos sólidos formados demonstrou que o sulfato de alumínio isento de ferro formou coágulos mais densos uma vez que foi necessário menor tempo para a sedimentação, o sulfloc 1001 formou coágulos menos densos que o sulfato de alumínio isento de ferro, entretanto mais densos que os formados pelo sulfato de alumínio ferroso como mostra os dados da Tabela 8. A Figura 5 representa um esquema de sedimentação por gravidade. Tabela 8 - Tempo de decantação dos precipitados. Coagulantes Tempo de Decantação (min): Mínimo e Máximo Sulfato Alumínio Isento de Ferro 9 13 Sulfloc Sulfato Alumínio Ferroso

37 Figura 5 - Esquema do processo de sedimentação: (a) antes da aplicação de coagulantes e (b) após a adição dos coagulantes. Fonte Adaptado: SANTOS et. al, O sulfato de alumínio isento de ferro além de apresentar menor tempo de sedimentação, pode ser considerado um coagulante melhor que os demais devido à ausência de ferro, que é um componente responsável por conferir cor ao efluente, além de gerar ferrugem e incrustações nas tubulações. O policloreto de alumínio segundo Constantino e Yamamura (2009) é um coagulante de grande eficácia com a formação quase que instantânea de coágulos de tamanhos uniformes e maiores quando comparado ao sulfato de alumínio. Porém, para o efluente proveniente da Estação de tratamento esse fato não foi observado. Dessa forma, pode-se afirmar que a ação dos agentes coagulantes varia de acordo com a natureza dos efluentes. Os efluentes em questão são provenientes de indústrias de diversos segmentos como, por exemplo, farmacêutico, alimentício, agropecuário dentre outros, o que comprova a complexidade dos mesmos. Para confirmar qual coagulante foi mais efetivo para o tratamento do efluente foi realizado o teste de DQO e em, seguida, o teste de turbidez Teste de DQO Após os experimentos de coagulação e decantação, alíquotas das amostras do sobrenadante foram retiradas para análises de DQO e também de turbidez. Através dos resultados obtidos, pôde-se escolher o melhor agente coagulante a ser aplicado no tratamento de efluentes industriais que são destinados à Estação de Tratamento do DAIA no que se refere à remoção da matéria biodegradável ou não. 37

38 As determinações de DQO, em mg O 2 L -1, foram realizadas utilizando uma curva de calibração construída com soluções de biftalato de potássio com 5 padrões diferentes em um intervalo de comprimentos de onda entre 200 nm e 800 nm. Após a determinação da equação da reta (y = 6,3523x + 0,0289) e os valores de absorbâncias obtidos mediante as leituras das amostras digeridas, foi possível calcular a concentração das mesmas e também a porcentagem de remoção de DQO como mostra a Tabela 9. As amostras foram diluídas na proporção de 1:100 (1mL da amostra e 99 ml de água destilada), garantindo desta forma valores de absorbância dentro da Lei de Beer-Lambert. Tabela 9 Absorbâncias, concentrações e porcentagem de remoção de DQO. Amostra Absorbância (A) Concentração Real (mg O 2 /L) Remoção (%) Branco digerido 0, ,48 - *Efluente Bruto 1, ,08 - **S. Al. Isento 0, ,89 85,98 ***S. Al. Ferroso 0, ,05 87,09 PAC 0, ,81 92,68 * Efluente Bruto: efluente sem tratamento. ** Sulfato de Alumínio Isento de Ferro. *** Sulfato de Alumínio Ferroso. Os testes de DQO demonstraram que o coagulante com maiores porcentagens de remoção de matéria orgânica e inorgânica foi o policloreto de alumínio, removendo aproximadamente 93% dos componentes presentes nas amostras. A Figura 7 apresenta o gráfico de remoção da DQO. 38

39 % DE REMOÇÃO Figura 6 - Gráfico de remoção da DQO. REMOÇÃO DE DQO 92, ,0 87,1 AGENTES COAGULANTES UTILIZADOS S. Al. Isento S. Al. Ferroso PAC Através da Tabela 9 e da Figura 7 foi possível observar que os maiores valores para a remoção de DQO na amostra da primeira coleta (segunda-feira) foram obtidos aplicando como agente coagulante o policloreto de alumínio (PAC) em ph ótimo igual a 8 e dosagem de 1,5 ml (PAC) /L (efluente). Os outros coagulantes também apresentaram resultados relativamente próximos sendo que, em ordem decrescente de valores de remoção estão o sulfato de alumínio ferroso que em ph 9 e dosagem de 2,2 ml (coagulante)/ L (efluente) conseguiu remover 87,1% e o sulfato de alumínio isento de ferro em ph igual a 9 utilizando uma dosagem equivalente a 1,1 ml (coagulante)/ L (efluente) eliminou aproximadamente 86,0% de DQO. Apesar dos agentes coagulantes possuírem a mesma natureza, observa-se que a ação foi diferenciada. Isso acontece porque os coágulos formados utilizando o policloreto de alumínio são maiores havendo uma maior eficiência de remoção. Porém, maiores partículas não implicam em partículas mais densas como ficou comprovado no teste de sedimentação. Essa ação pode ainda ser explicada pelo tamanho das moléculas de policloreto de alumínio que, por conterem uma área superficial maior que os demais coagulantes pode interagir mais rapidamente e desestabilizar os colóides, de tal forma que mais partículas podem ser adsorvidas em sua superfície contribuindo para o processo de coagulação Teste de Turbidez A turbidez foi verificada no efluente sem tratamento (efluente bruto) e nas amostras que receberam os coagulantes sulfato de alumínio ferroso, sulfato de 39

40 alumínio isento de ferro e sulfloc 100 após o tempo de sedimentação préestabelecido em 1 hora. As amostras foram colocadas em um cone imhoff para que os sólidos decantassem totalmente e uma alíquota do sobrenadante pudesse ser retirada sem que houvesse a dispersão dos sólidos. Os resultados referentes à remoção da turbidez obtidos para cada espécie coagulante são apresentados da Tabela 10, 11 e 12. Tabela 10 Porcentagem de remoção de turbidez no efluente coletado em uma segunda-feira. Amostras Turbidez (NTU) Remoção (%) Dosagem (ml) E. Bruto 83,8 - - S. Al. Isento de Ferro 5,34 93,62 1,3 S. Al. Ferroso 3,82 95,44 1,7 Sulfloc "1001" 4,87 94,20 1,1 Tabela 11 Porcentagem de remoção de turbidez no efluente coletado em uma quarta-feira. Amostras Turbidez (NTU) Remoção (%) Dosagem (ml) E. Bruto 68,1 - - S. Al. Isento de Ferro 11,0 83,84 1,1 S. Al. Ferroso 18,3 73,12 1,1 Sulfloc "1001" 17,59 74,17 0,9 Tabela 12 Porcentagem de remoção de turbidez no efluente coletado em uma sexta-feira. Amostras Turbidez (NTU) Remoção (%) Dosagem (ml) E. Bruto S. Al. Isento de Ferro 58,1 94,5 1,1 S. Al. Ferroso 27,1 97,4 2,2 Sulfloc "1001" 49,7 95,3 1,5 Através das Tabelas 10, 11 e 12 e da Figura 8 observa-se que o coagulante que removeu maior quantidade de turbidez do efluente industrial proveniente da Estação do Distrito foi o sulfato de alumínio isento de ferro (remoção de 90,7% em média) com uma dosagem miníma de 1,1 ml e máxima de 1,3 ml (coagulante) /L (efluente). 40

41 TUBIDEZ (NTU) O sulfato de alumínio ferroso mostrou-se também, um execelente coagulante no que tange à remoção de turbidez conseguindo remover em média, 88,65 % dos sólidos em suspensão, porém a dosagem utilizada maiores dentre os demais coagulantes. Entretanto, tem-se ainda que o sulfloc 1001 removeu, em média, 87,9% da turbidez utilizando uma dosagem miníma de 0,9 ml (coagulante) /L (efluente) e 1,5 ml (coagulante) /L (efluente). Portanto, pode-se afirmar que o percentual de remoção de turbidez dos agente coagulantes foram muito próximas sendo, assim, o fator determinante é a dosagem utilizada para promover a clarificação do rejeito líquido, pois implica em menores custos financeiro na Estação para promover o tratamento dos efluentes. Figura 7 - Percentual de Remoção de Turbidez ,62 REMOÇÃO DE TURBIDEZ ,62 95,44 94,2 68,1 83,84 73,12 74,17 58,1 27,1 49,7 (Segunda-feira) (Quarta-feria) (Sexta-feira) DIAS DE COLETA Bruto S. Al. Isento de Ferro S. Al. Ferroso Sulfloc "1001" Sólidos Sedimentáveis A quantidade de sólidos sedimentáveis das amostras foi verificada antes e depois do tratamento das amostras com o auxílio de um cone imhoff. A Tabela 12 apresenta os valores de sólidos antes e depois do processo de coagulação. 41

42 Tabela 13 Volume de Sólidos Sedimentáveis após o processo de coagulação. Dias Efluente Bruto ml (sólidos) /L (efluente) S. Al. Isento de Ferro ml (sólidos) /L (efluente) Amostras S. Al. Ferroso ml (sólidos) /L (efluente) PAC ml (sólidos) /L (efluente) Segunda-feira Quarta-feira 14, Sexta-feira Após realizar o processo de coagulação e sedimentação, o sobrenadante foi coletado e analisado em cone imhoff para verificar a quantidade de sólidos remanescentes no efluente clarificado. Todos os valores de sólidos sedimentáveis após a clarificação foram menores que 1mL (sólidos) /L (efluente) estando assim de acordo com a legislação vigente, que exige um valor máximo de 1mL/L ph Após a Adição dos Coagulantes Os sais de alumínio em meio aquoso dissociam-se rapidamente como mostra as Equações 2, 3 e 4, formando espécies livres de alumínio, Al 3+, e de sulfato que, posteriormente reagem novamente com a água. O fato do ph do efluente estar elevado (ph=9) favorece a reação entre os íons livres e a água, formando ligações fortes com os átomos de oxigênio e liberando átomos de hidrogênio (H + ) que contribuem para a redução do ph do meio como mostra a Equação 3. Essas ligações entre as espécies positivas e os íons - OH formam vários produtos de hidrólise (Equação 4) como, por exemplo, Al(OH) 2+, Al(OH) 3 e Al 13 O 4 (OH) que são fortemente adsorvidos pelos colóides reduzindo, consequentemente, as cargas negativas das partículas coloidais favorecendo a desestabilização e agregação (DI BERNARDO e DANTAS, 2005; PARSONS, JEFFERSON, 2006). Al 2 (SO 4 ) 3 (aq) 2 Al 3+ (aq) + 3 SO 4 2- (aq) (2) Al 3+ (aq) + H 2 O (l) Al(OH) 2+ (aq) + H + (aq) (3) 3 Al 3+ (aq) + H 2 O (l) Al(OH) 3(aq) + 3H + (aq (4) Sendo assim, os ph máximos e mínimos das amostras após a adição dos coagulantes estão apresentados através da Tabela

43 Tabela 14 - Valores dos ph após o tratamento. ph após tratamento Amostra Segunda-feira Quarta-feira Sexta-feira S. Al. Isento 7,0 7,5 8,0 S. Al. Ferroso 6,7 7,0 7,0 Sulfloc ,0 7,5 8,0 Todos os valores de ph estão de acordo com a legislação do CONAMA, sendo assim os efluentes tratados com os coagulantes em questão podem ser descartados nos corpos receptores observando apenas esses valores, mas outros parâmetros devem ser analisados como a DQO, turbidez e sólidos sedimentáveis Estudo de Viabilidade Econômica Como os coagulantes apresentaram resultados relativamente próximos, os estudos em relação aos custos são de grande relevância para a verificação de qual coagulante é economicamente mais vantajoso para a ETE em estudo. A Tabela 15 mostra os valores comerciais de cada agente coagulante fornecido pela empresa Sulfago Sulfatos Ltda. Tabela 15 - Valor comercial dos agentes coagulantes. Coagulantes Valor Coagulante (R$/L) S. Al. Isento 1,00 S. Al. Ferroso 0,68 PAC 1,96 Durante os ensaios de dosagem dos agentes coagulantes foi possível observar que houveram variações nas quantidades dosadas em relação aos dias de coleta conforme é exposto na Tabela 16 e na Figura 9. Essa variação no volume (ml) gasto para clarificar a amostra é explicada pelo fato de que as características das mesmas variaram conforme o dia da coleta, ou seja, a natureza do efluente varia diariamente, uma vez que as indústrias alternam a linha produtiva interferindo diretamente nas características do efluente líquido descartado. 43

44 DIAS DE COLETA Figura 8 - Dosagem dos coagulantes conforme o dia de coleta. DOSAGEM DOS COAGUALNTES Sexta-feira 1,1 1,5 2,2 Quarta-feira 0,9 1,1 1,1 Segunda-feira 1,1 1,3 1,7 0 0,5 1 1,5 2 2,5 DOSAGEM (ml) PAC S. Al. Ferroso S. Al. Isento É possível afirmar que quanto menor a dosagem do coagulante menor é o seu custo. Desta forma a Tabela 15 apresenta uma relação entre os valores, em reais, dos coagulantes em e a quantidade adicionada dos mesmos ao efluente bruto. Tabela 16 - Dosagem dos coagulantes e os respectivos custos. Volume Adicionado Amostra Valor (R$ (ml) (coagulante) /m 3 (efluente)) 1,1 R$ 1,1000 S. Al. Isento 1,3 R$ 1,3000 1,1 R$ 1,1000 2,2 R$ 0,7000 S. Al. Ferroso 1,7 R$ 1,2000 1,1 R$ 1,5000 1,5 R$ 1,8000 PAC 1,1 R$ 2,2000 0,9 R$ 2,9000 Média R$ 1,1667 R$ 1,5000 R$ 2,3000 Através da Tabela 16 observa-se que em relação ao custo, o PAC é o coagulante que apresenta maiores valores financeiros, o que o torna inviável economicamente para o processo. Os coagulantes sulfato de alumínio isento de ferro e sulfato de alumínio ferroso apresentaram uma diferença de R$ 0,33 em relação ao custo. Considerando que a vazão média dos rejeitos líquidos que chegam à Estação é de 160 m 3 h -1, o valor de apenas R$ 0,33 de diferença entre os coagulantes mostra-se bastante significativo quando o volume (m 3 ) de efluentes tratados é estudo em dia, mês e ano como mostra as Tabela 17 e 18. Nesse caso, o 44