TESTE DE DIFERENTES TIPOS DE COAGULANTES EM ESCALA DE BANCADA

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1 TESTE DE DIFERENTES TIPOS DE COAGULANTES EM ESCALA DE BANCADA E. P. C. C. Santos*, F. F. Avelino**, V. L. Pádua*** *Universidade Federal de Minas Gerais, Brasil ** Universidade Federal do Ceará, Brasil *** Universidade Federal de Minas Gerais, Brasil *Endereço: Rua Dr. Juvenal dos Santos, 222/404 Luxemburgo Belo Horizonte MG CEP Brasil Telefone: (31) RESUMO No presente trabalho, fez-se um estudo em escala de bancada, visando o tratamento por filtração direta, com a água de um reservatório de acumulação, comparando os resultados de redução de cor aparente, turbidez e organismos, testando-se os seguintes coagulantes: sulfato de alumínio, cloreto férrico e sulfato férrico com dosagem de 6,0 mg/l (0,0088 mm/l, 0,014 mm/l, 0,0137 mm/l, respectivamente), isoladamente e com polímeros catiônicos (0,5mg/L), fazendo-se correção do ph com ácido clorídrico a 0,1 M. Também foram testados três tipos de hidróxi cloreto de alumínio (PACl 10,6% Al 2 O 3, PACl 18% Al 2 O 3, PACl 18% Al 2 O 3 ) com dosagem de 5,0 mg/l (0,0104 mm/l, 0,0177 mm/l e 0,023 mm/l, respectivamente) sem se fazer a correção do ph. Os resultados obtidos neste trabalho indicaram que todos os coagulantes testados em escala de bancada com as dosagens especificadas seriam recomendados, a princípio, para a filtração direta, pois os parâmetros analisados ficaram todos abaixo do que é estabelecido pelo padrão de potabilidade vigente no País. O melhor resultado de turbidez remanescente foi obtido quando se utilizou o cloreto férrico juntamente com polímero, 0,18uT. Contudo, a realização de ensaios em escala piloto é essencial para confirmação dessas dosagens, bem como para definição do leito filtrante e da duração da carreira de filtração. Palavras-chave: Tratamento de água, ensaios de bancada, filtração direta, coagulação, fitoplâncton. 2 INTRODUÇÃO A realização de ensaios de bancada para seleção dos coagulantes com sua respectivas dosagens contribuem para obtenção de maior eficácia no tratamento. Na escolha do coagulante deve-se levar em conta tanto as suas características quanto a qualidade da água bruta. Coagulantes fornecidos por empresas distintas podem proporcionar resultados diferentes no tratamento da água. Isso se deve ao fato de que as concentrações de impurezas nos coagulantes podem variar muito, devido a diferenças na qualidade do material que foi utilizado para produzi-los. Um outro aspecto que

2 vem sendo considerado para a escolha do coagulante em diversos países é o lodo que o coagulante gera no tratamento e suas características, as quais dependem da qualidade da água bruta e do prétratamento químico utilizado. Segundo DeWolfe et al. (2003), o gerenciamento dos resíduos do tratamento de água (RTA) tem sido uma das principais motivações de mudança e escolha do tipo de coagulante em várias estações de tratamento de água nos Estados Unidos. Pesquisas para identificar as características dos RTA e seu gerenciamento vêm contribuindo para a melhoria de sua qualidade e para a maximização da sua reutilização, minimizando a quantidade de lodo, ocasionando impactos favoráveis ao meio ambiente e diminuição dos custos operacionais. Dentre as principais características dos coagulantes que devem ser consideradas tem-se: concentração em termos de ingrediente ativo (e.g., % Al 2 O 3, % Fe ou % Fe 2 O 3 ); acidez, como porcentagem de ácido livre, ou pré-neutralização, como porcentagem de basicidade; concentração de qualquer contaminante (e.g. material inerte, COT, indício de metais e outros); temperatura de cristalização e congelamento, no caso de países frios; corrosividade e compatibilidade com os materiais onde serão armazenados e tubulações onde serão transportados; viscosidade; efeitos da diluição sobre a atividade, viscosidade e temperatura de cristalização; custo, facilidade de transporte, armazenamento e manuseio; característica do lodo gerado; e compatibilidade com outros produtos químicos. No presente trabalho, fez-se um estudo em escala de bancada, visando o tratamento por filtração direta, com a água de um reservatório de acumulação, comparando os resultados de redução de cor aparente, turbidez e organismos, testando-se os seguintes coagulantes: sulfato de alumínio, cloreto férrico e sulfato férrico, testados isoladamente e com polímeros catiônicos e três tipos de hidróxi cloreto de alumínio (PACl 10,6% Al 2 O 3, PACl 18% Al 2 O 3, PACl 18% Al 2 O 3 ). 3 MATERIAL E MÉTODOS Os aparelhos utilizados para medição de ph, cor aparente, turbidez e contagem de fitoplâncton durante a realização dos ensaios foram, respectivamente: ph-metro marca Quimis; espectrofotômetro modelo DR/2000, marca HACH; turbidímetro modelo 2100N, marca HACH e microscópio Olimpos BX 50 com câmara de Sedgwick-Rafter. Para definição das dosagens dos coagulantes e ph de coagulação a serem utilizados nas comparações, fez-se um estudo preliminar de bancada com a água bruta captada de um reservatório

3 de acumulação, avaliando-se diversas dosagens e valores de ph de coagulação. As características dos coagulantes utilizados estão apresentadas na Tabela 1. Tabela 1: Características dos coagulantes. Coagulante Teor de sólidos (%) Al 2 O 3 ou Fe (%) Densidade (g/cm 3 ) Sulfato de alumínio líquido 50,0 7,5 1,32 Cloreto férrico 56,9 13,8 1,42 (20 a 24 C) Sulfato férrico 49,1 8,6 1,42 (20 a 24 C) PACl (10,6% Al 2 O 3 ) 47,0 10,6 1,29 a 25 C PACl (18,0% Al 2 O 3 ) 79,6 18,0 1,28 a 25 C PACl (23,5% Al 2 O 3 ) 65,0 23,5 1,28 a 25 C Polímero 1 LT 31 (carga catiônica alta) 50,0 1,0 Obs.: Dados obtidos dos fornecedores dos produtos. Para os ensaios em bancada foi utilizado o equipamento de jar test (Figura 1), ao qual foram adaptados seis filtros em tubo de PVC, contendo areia para simular o tratamento por filtração direta. Adotou-se para mistura rápida o gradiente de velocidade médio (Gmr) de s -1 e o tempo de mistura rápida (Tmr) de 10 s. Após a mistura rápida, o gradiente de velocidade médio era reduzido para 90 s -1, para evitar a deposição de sólidos no fundo dos jarros. A água era filtrada por 10 min, coletando-se em seguida as amostras para determinação dos valores de ph, cor aparente e turbidez remanescentes. Diante do estudo preliminar, adotou-se a dosagem de 6,0 mg/l (0,0088 mm/l) para o sulfato de alumínio, 6,0 mg/l (0,014 mm/l) para o cloreto férrico e 6,0 mg/l (0,0137 mm/l) para o sulfato férrico, testados isoladamente e com polímeros catiônicos com dosagem de 0,5mg/L, fazendo-se correção do ph com ácido clorídrico a 0,1 M. Para os três tipos de hidróxi cloreto de alumínio testados (PACl 10,6% Al 2 O 3, PACl 18% Al 2 O 3, PACl 18% Al 2 O 3 ), definiu-se a dosagem de 5,0 mg/l (0,0104 mm/l, 0,0177 mm/l e 0,023 mm/l, respectivamente) sem se fazer a correção do ph. Segundo Wagner & Hudson Jr. (1982), essas são dosagens compatíveis com as recomendadas para a filtração direta. Para realização das comparações foram realizados três ensaios de bancada para cada coagulante com a dosagem pré-definida, exceto quando se utilizou o sulfato de alumínio, cloreto férrico e sulfato férrico isoladamente para esses foram apenas dois ensaios. Nos ensaios realizados com coagulantes juntamente com polímeros misturava-se o coagulante e o auxiliar à água bruta simultaneamente. Para todas as comparações foram adotadas as mesmas características dos ensaios de bancada preliminares, coletando-se também amostras para contagem de fitoplâncton.

4 cubetas dosadoras equipamento de jar test filtros de bancada jarros de 2 L de água bruta recipiente para coleta de amostras suporte dos filtros de bancada Figura 1 Equipamento de jar test com os filtros de bancada. A concentração de amostras e a contagem de fitoplâncton foram realizadas de acordo com as recomendações do Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (American Public Health Association, 1998), fazendo-se algumas alterações devidas às limitações do volume de amostra. Para contagem do fitoplâncton utilizou-se o método de baixa ampliação (até 200 vezes), o qual utiliza a câmara de Sedgwick-Rafter e microscópio binocular com aumento de 20 vezes. A contagem era realizada por faixas ou por campos, dependendo da quantidade de organismos encontrados. 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO A alcalinidade durante os ensaios foi 50 e 51 mg/l de CaCO 3. Os valores de ph obtidos durante os ensaios encontram-se na Tabela 2. Tabela 2: Valores de ph obtidos durante os ensaios. Ensaios em bancada. Coagulantes Min. Méd. Máx. Água bruta 7,80 7,85 7,90 Coagulante PACl (10,6% Al 2 O 3 ) 7,83 8,02 8,16 Coagulante PACl (18,0% Al 2 O 3 ) 7,71 7,74 7,76 Coagulante PACl (23,5% Al 2 O 3 ) 7,89 7,92 7,95 Coagulante Sulfato de Alumínio 7,40 7,45 7,50 Coagulante Cloreto Férrico 7,22 7,24 7,25 Coagulante Sulfato Férrico 7,27 7,40 7,52 Coagulante Sulfato de Alumínio + Polímero 7,29 7,34 7,39 Coagulante Cloreto Férrico + Polímero 7,18 7,31 7,48 Coagulante Sulfato Férrico + Polímero 7,12 7,17 7,20

5 A Figura 2 apresenta os resultados de turbidez e de cor aparente da água bruta e da água filtrada nos filtros de bancada para os diferentes tipos de coagulantes testados com dosagens compatíveis com as recomendadas para a tecnologia de filtração direta. Para a representação gráfica foram utilizados os valores médios obtidos dos ensaios realizados. Observa-se na Figura 2 que, para as dosagens utilizadas, todos os valores de turbidez e de cor aparente remanescentes foram inferiores a 0,50 ut e 10 uh, exceto quando se utilizou o cloreto férrico e o sulfato férrico, que foram de 0,50 e 0,53 ut e de 13 e 12 uh, respectivamente. Todos os valores, tanto de turbidez, quanto de cor aparente remanescente, atenderam a Portaria nº 518/2004 do Ministério da Saúde do Brasil. No entanto, essa portaria sugere valores de turbidez menores que 0,50 ut, os quais asseguram maior eficiência de remoção de enterovírus, cistos de Giardia spp. e oocistos de Cryptosporidium sp. Observa-se ainda na Figura 2 que o menor resultado de turbidez 0,18 ut foi obtido quando se utilizou o cloreto férrico com polímero. Turbidez (ut) Cor aparente (uh) Turbidez (ut) 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 2, ,25 0,37 0, ,50 0, ,34 0,18 0,24 0,25 Água bruta PACl (23,5%) Al2O3 (0,023mM/L PACl (18%) Al2O3 (0,0177mM/L PACl (10,6%) Al2O3 (0,0104mM/L Cloreto Férrico (0,0141mM/L de Fe) Sulfato Férrico (0,0137mM/L de Fe) SulfatoAlumínio (0,0088mM/L de Al) Cloreto Férrico (0,0141mM/L de Fe )+ polímero Sulfato Férrico (0,0137mM/L de Fe)+ polímero Sulfato Alumínio (0,0088mM/L de Al)+ polímero Cor aparente (uh) Figura 2 Gráfico de turbidez e de cor aparente da água bruta e filtrada para diversos coagulantes. Observa-se na Figura 3 que os percentuais de remoção de turbidez foram, em geral, ligeiramente superiores aos percentuais de cor aparente e de organismos para a maioria dos pontos. Para análise dos percentuais de organismos, quando se utilizou o cloreto férrico juntamente com polímero, foram consideradas apenas duas amostras, pois para terceira amostra o número de organismos na filtrada foi superior ao número obtido na água bruta, indicando um provável erro de amostragem na contagem de organismos.

6 Fitoplâncton (Organismos/ ml) % de remoção de organismos % de remoção de cor aparente % de remoção de turbidez Fitoplâncton (organismos/ml) Água bruta PACl (23,5%) Al2O3 (0,023mM/L PACl (18%) Al2O3 (0,0177mM/L PACl (10,6%) Al2O3 (0,0104mM/L Cloreto Férrico (0,0141mM/L de Fe) Sulfato Férrico (0,0137mM/L de Fe) SulfatoAlumínio (0,0088mM/L de Al) Cloreto Férrico (0,0141mM/L de Fe )+ polímero Sulfato Férrico (0,0137mM/L de Fe)+ polímero Sulfato Alumínio (0,0088mM/L de Al)+ polímero 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 % de remoção Figura 3 Gráfico de organismos e porcentagem de remoção de organismos, turbidez e cor aparente para diversos coagulantes. Observa-se ainda na Figura 3 que, para os três PACls testados e quando se utilizaram os coagulantes juntamente com os polímeros, as curvas de remoção foram similares, alcançando-se valores de remoção de turbidez, cor aparente e organismos acima de 80%. 5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES Os resultados obtidos neste trabalho indicaram que todos os coagulantes testados em escala de bancada com as dosagens especificadas seriam recomendados, a princípio, para a filtração direta. Os parâmetros analisados ficaram todos abaixo do que é estabelecido pelo padrão de potabilidade vigente no País. Contudo, estudos em escala piloto são essenciais para confirmação das dosagens de coagulantes, bem como para definição do leito filtrante, da duração da carreira de filtração e outros. 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 20th edition. Washington, DC: American Public Health Association, DEWOLF, J., DEMPSEY, B., TAYLOR, M., POTTER, J. Guidance Manual for Coagulant Changeover. Denver: AWWA Research Foundation e American Water Works Association, p. DI BERNARDO, L., DI BERNARDO, A., CENTURIONE FILHO, P. L. (2002). Ensaios de tratabilidade de água e dos resíduos gerados em estações de tratamento de água. São Paulo. RiMa Editora, pp. 85.

7 MINISTÉRIO DA SAÚDE. Portaria nº 518, de 25 de março de Estabelece os procedimentos e responsabilidades relativos ao controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade, e dá outras providências. Diário Oficial da União nº 59, de 26 mar. 2004, Seção 1, pág ORGANIZAÇÃO MUNDIAL DA SAÚDE, Disponível em: < docstore/ water_sanitation_health/ toxicyanobact/ ch03.html>. Acesso em: WAGNER, E. G., HUDSON JR., H. E. Low-dosage high-rate direct filtration. Journal of American Water Works Association, May 1982, p Os autores agradecem à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (Fapemig) pelo financiamento e concessão da bolsa de Iniciação Científica (Proc. TEC 116/2001) e ao CNPq pela concessão das bolsas de mestrado, Profix e Produtividade em Pesquisa.