I INFLUÊNCIA DA BASICIDADE DO HIDROXI-CLORETO DE ALUMÍNIO NA FILTRAÇÃO DIRETA DESCENDENTE

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1 22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro Joinville - Santa Catarina I INFLUÊNCIA DA BASICIDADE DO HIDROXI-CLORETO DE ALUMÍNIO NA FILTRAÇÃO DIRETA DESCENDENTE Luiza Maria da Silva Nunes(1) Bacharel em Química Industrial pela Universidade Federal do Ceará. Francimeyre Freire Avelino Estudante de Química Industrial da Universidade Federal do Ceará, bolsista de Iniciação Científica do CNPq. Guilherme Paiva Rebouças Estudante do curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Ceará. Valter Lúcio de Pádua Engenheiro Civil pela UFMG, mestre e doutor em Hidráulica e Saneamento pela EESC- USP, professor adjunto do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da UFMG, pesquisador PROFIX/CNPq. Endereço(1): Rua Agostinho Fernandes,1175 Parque Santa Fé Maranguape Ceará CE - CEP: Brasil - Tel: (85) nunesluizams@ig.com.br, nunesluizams@bol.com.br RESUMO O tipo de coagulante, bem como as condições de coagulação (ph e dosagem) exercem influência significativa sobre a qualidade final da água tratada por meio da filtração direta. Diversas pesquisas comparam a eficiência do hidroxi-cloreto de alumínio (HCA) em

2 relação aos coagulantes mais usuais como o sulfato de alumínio e o cloreto férrico, sendo que algumas delas abordam desde a técnica utilizada para preparo do coagulante a estudos da cinética química do mecanismo de coagulação. O presente trabalho tem como objetivo avaliar a influência da basicidade do HCA na eficiência de remoção da turbidez, além de avaliar a dosagem e o ph de coagulação. Para a investigação experimental, foram realizados ensaios de bancada em jarteste. Através deste estudo, foi verificado que o HCA com 18% de basicidade (HCA18) apresentou melhores resultados de remoção de turbidez em relação ao mesmo coagulante com 8% de basicidade (HCA8). Os menores resultados de turbidez remanescente foram obtidos a valores de ph de coagulação menores que 5,7. Apesar de a aquisição do HCA18 ser mais onerosa, a coagulação pôde ser feita com menor dosagem, para adequar a água ao padrão de potabilidade referente a turbidez remanescente, apresentando, dessa forma, vantagens econômicas. PALAVRAS-CHAVE: Tratamento de água, Hidroxi-cloreto de alumínio, Basicidade, Coagulação. INTRODUÇÃO A filtração direta é uma tecnologia de tratamento de água bastante utilizada no Nordeste brasileiro, no estado do Ceará ela predomina sobre as demais tecnologias, tanto em volume de água tratada quanto em número de Estações de Tratamento de Água (ETAs). A filtração direta apresenta uma série de vantagens em relação ao tratamento de ciclo completo (ou convencional), destacando-se a eliminação de unidades de decantação ou de flotação e freqüentemente é dispensável também a construção de floculadores, além disso, em geral são requeridas menores dosagens de coagulante e, conseqüentemente, há menor produção de lodo. Contudo, a filtração direta é mais restritiva à qualidade da água bruta do que o tratamento de ciclo completo. Assim, havendo deterioração da qualidade da água bruta ao longo do tempo, pode-se inviabilizar o tratamento por meio da filtração direta ou fazeremse necessários estudos visando alterar os procedimentos operacionais nas ETAs existentes, por meio de investigação experimental em escala de bancada e em instalação-piloto. Um das etapas de tratamento importante de ser investigado visando melhorar a eficiência das ETAs de filtração direta é a coagulação, no que se refere à escolha do tipo de coagulante, sua dosagem e ph de coagulação. Dentre os produtos químicos utilizados como coagulantes no tratamento da água, o HCA, mesmo sendo um produto pouco difundido em comparação ao sulfato de alumínio e ao cloreto férrico, tem merecido destaque. O HCA, freqüentemente denominado incorretamente de policloreto de alumínio, possui fórmula empírica Aln(OH)mCl (3n-m ) com 0< m< 3n. Uma característica importante deste produto é a sua basicidade, que referese ao número de íons hidroxilas por átomos de alumínio na molécula de HCA, ou m/n. A basicidade pode estar na faixa de 0 a 2,5., sendo convertida em "percentual de basicidade" por meio da fórmula (1), Percentual basicidade = (OH/Al) x 100/ 3fórmula (1) onde Al e OH são expressos em moles/l.

3 Os valores do percentual de basicidade do HCA, na forma líquida, estão compreendidos entre 10 e 83,3 e podem influir de modo significativo no desempenho do coagulante, dependendo da qualidade da água bruta. O HCA pode ser produzido comercialmente a partir de materiais que contenham alumínio, incluindo o metal alumínio, alumina thihidratada, cloreto de alumínio e sulfato de alumínio entre outros (AWWA 1998). Quanto à eficiência do HCA, Barkács et al. (2000) demonstraram que quando comparado a coagulantes de composição orgânica, poliacrilamidas, ele apresenta uma maior remoção de Fe, Mn, matéria orgânica e turbidez na água final. Estudos comparativos também foram realizados por Matui et al. (1998) em relação ao sulfato de alumínio, tendo o HCA apresentado uma maior estabilidade das espécies hidrolisadas. Estas foram mais efetivas para desestabilização das partículas e necessitaram menor tempo para iniciar a agregação, o que possibilitou a aplicação de uma menor dosagem do HCA para obter a mesma qualidade de água efluente, quando comparado ao sulfato de alumínio. Priant et al. (1997) investigaram o emprego do HCA em escala real e obtiveram percentual de remoção para Fe e Mn de aproximadamente 81 e 54%, respectivamente, enquanto que ao utilizar o sulfato de alumínio esse percentual reduziu-se para 71 e 49%. Shen et al. realizaram pesquisas mais específicas no que se refere ao modo de preparo do HCA e concluíram que há um aumento linear na concentração de espécies poliméricas com a adição de [OH-], quando a razão molar de [OH]/[Al] não excede a 2,5, o que é favorável à obtenção de melhores resultados na coagulação. Os autores também verificaram que a eficiência do coagulante está relacionada à intensidade de agitação durante a produção do HCA. Ndiongue et al. (2000) utilizaram o jarteste na investigação experimental para avaliar o HCA em relação a outros sais à base de sulfato silicato de alumínio e sulfato de alumínio, tendo obtido a maior remoção de turbidez quando foi empregado o HCA. OBJETIVOS Este trabalho teve como objetivo investigar a influência da basicidade do hidroxi-cloreto de alumínio na redução da turbidez remanescente na filtração direta descendente. METODOLOGIA MATERIAIS A água utilizada nos ensaios foi proveniente do açude Gavião localizado no município de Pacatuba-CE, Brasil. Os experimentos foram realizados em Jarteste da marca Nova Ética, modelo LDB 218, utilizando-se filtros de bancada com carga hidraúlica de 10cm preenchidos com areia de granulometria entre 0,42 e 0,59 mm.

4 Alcalinidade, dureza, cloreto, ph, cor aparente e turbidez foram os parâmetros utilizados para caracterização da água bruta. As determinações de ph foram efetuadas por meio de sensor de ph acoplado a espectrofotômetro da marca HACH, modelo DR/2500. Para a determinação da turbidez foi utilizado o turbidímetro da marca HACH, modelo 2100P. A cor aparente foi medida utilizando-se espectrofotômetro da marca HACH, modelo DR/2500, e cubeta de vidro de 2,5cm de percurso ótico, em comprimento de onda de 455nm. Para os demais parâmetros analisados, os métodos utilizados foram os titrimétricos descritos em APHA (1997). O coagulante utilizado foi o HCA com 8 e 18% de basicidade com teor de 18 e 23% de Al2O3, respectivamente. As soluções do coagulante foram preparados com concentração de 10g/L. Para promover a mudança do ph de coagulação foram utilizadas soluções de NaOH e de HCl, preparadas com concentração de 0,1N. Todas as soluções foram preparadas com água deionizada e reagentes de grau P.A. PROCEDIMENTOS A água bruta era adicionada aos seis frascos do jarteste, cada um com capacidade para 2L. Adotou-se um frasco controle e nos cincos restantes o ph de coagulação foi alterado na faixa de 3,5 a 9,5 com NaOH e HCl. O gradiente de velocidade médio de mistura rápida adotado foi de 600s-1 e o tempo de mistura rápida de 15s. Foram testadas dosagens de 5, 10 e 15 mg/l a partir das soluções de HCA8 e HCA18. Após o tempo de mistura rápida, reduzia-se a rotação de modo a resultar gradiente de velocidade médio de floculação de 31s-1 por 10min, quando então era iniciada a coleta das amostras. A turbidez remanescente foi o parâmetro utilizado para avaliar a qualidade da água. RESULTADOS E DISCUSSÕES A tabela 1 mostra as características da água bruta utilizada nos ensaios. A temperatura da água durante os ensaios manteve-se em 28± 1oC. Tabela 1 - Características da água bruta Parâmetros Valores ph 9,8 ± 2,9 Turbidez (ut) 9,8 ± 2,9 Cor aparente (uh)

5 162,6 ± 76,1 Alcalinidade total (mg CaCO3/L) 51,6 ± 3,6 Dureza total (mg CaCO3/L) 79,3 ± 31,7 Cloreto (mg Cl-/L) 104,43 ± 9,3 As figuras 1 e 2 correspondem aos diagramas de coagulação do HCA com basicidade de 8 e 18%. Figura 1: Diagrama de coagulação com HCA com 8% de basicidade, referente a turbidez remanescente. Comparando-se os dados obtidos nas figuras, nota-se uma significativa redução da turbidez remanescente utilizando o HCA com 18% de basicidade nas três dosagens aplicadas. Observou-se maior eficiência de remoção quando a coagulação foi realizada em valores de ph menores que 5,7. Aplicando o HCA com a dosagem de 5mg/L, a 8 e 18% de basicidade, a turbidez remanescente variou entre 1,0 e 2,0uT, para o primeiro, e de 0,4 a 1,7, para o segundo. Às dosagens de 10 e 15mg/L do HCA com 18% de basicidade, os resultados variaram entre 0,30 e 1,20uT e entre 0,35 e 0,85uT, respectivamente. Já para as dosagens de 10 e 15mg/L do HCA com 8% de basicidade, os resultados variaram entre 0,75 a 1,30uT e entre 0,60 e 1,4uT. Percebe-se, assim, que as espécies geradas pela adição do coagulante com 18% de basicidade apresentam maior atividade de agregação e neutralização das partículas suspensas, possibilitando a obtenção de água de melhor qualidade. Figura 2: Diagrama de coagulação com HCA com 18% de basicidade, referente a turbidez remanescente. Atualmente, o tratamento da água em questão por meio da filtração direta, sem ajuste prévio do ph de coagulação, tem exigido a pré-oxidação e o emprego de polímero, além do HCA. Os resultados obtidos neste trabalho são um indicativo de que a redução do ph de coagulação a valores inferiores a 5,7 pode viabilizar a dispensa da pré-oxidação, evitando a formação de subprodutos potencialmente prejudiciais à saúde decorrentes desta etapa do tratamento. Embora esse valor de ph possa causar dificuldades operacionais decorrentes da corrosão e da necessidade de correção do ph final da água, as despesas podem ser

6 inferiores àquelas referentes à aquisição de produtos utilizados na pré-oxidação e aos gastos referentes à implementação de técnicas destinadas à redução da concentração de subprodutos da pré-oxidação. A figura 3 mostra a qualidade da água filtrada com as dosagens de 5, 10 e 15mg/L de HCA 8 e 18% de basicidade e ph de coagulação na faixa de 4,06 a 4,38. Figura 3: Influência da basicidade do HCA referente a turbidez remanescente Observou-se que, quando utilizada dosagem de 5mg/L de HCA18%, resultou turbidez remanescente de 0,50uT, enquanto para se obter turbidez remanescente similar com o HCA8% foi necessário aplicar uma dosagem de 15mg/L. Apesar do custo do HCA18 ser atualmente cerca de 34% superior ao do HCA8, o HCA18% possibilitaria reduzir o volume de lodo gerado na estação de tratamento de água. Por outro lado, o HCA18% apresenta maior teor de alumina (Al2O3) que o HCA8, com variação de 21,3% da concentração de alumínio, o poderia ocasionar aumento do teor de alumínio residual da água filtrada, de modo que faz-se necessário estudo futuro para avaliar se a concentração final de alumínio não supera o valor máximo estabelecido no padrão de potabilidade brasileiro. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES Os resultados obtidos neste trabalho indicaram que para a água estudada a basicidade do HCA exerceu influência significativa na qualidade do efluente. Foi observado que o HCA apresentou maior eficiência, com 8 ou 18% de basicidade, a valores de ph de coagulação menores que 5,7. O ph de coagulação de 4,38 e a dosagem de 15 mg/l do HCA18 possibilitaram a obtenção de turbidez remanescente de 0,35 ut, enquanto que com o HCA8, sob as mesmas condições, a água filtrada apresentou 0,60 ut. Quando comprado ao HCA8, o HCA18 possibilitou utilizar dosagens menores para obter água filtrada com turbidez inferior a 1,0 ut. Para trabalhos futuros recomenda-se que sejam realizados ensaios em instalação-piloto para avaliar a influência da basicidade do HCA na evolução da perda de carga, avaliando-se também o teor de alumínio residual na água filtrada. AGRADECIMENTOS Este trabalho refere-se a resultados parciais realizados no âmbito do PROSAB (Programa de pesquisa em Saneamento Básico) com apoio financeiro da FINEP, CEF e CNPq. Os autores manifestam agradecimento ao CNPq, pela concessão de bolsas de pesquisa, e à CAGECE (Companhia de Água e Esgoto do Ceará) pelo apoio logístico.

7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AWWA. Standart for Liquid Polyaluminun Chloride. 3ª Edition. Colorado. American Water Works Association APHA. Standard methods for the examination of water and wastewater. 18a Edição. Washington: American Public Health Association BARKÁCS,K.; BOHUSS, I.; BUKOVSZKY, A.; VARGA, I. and ZÁRAY, G. Comparasion of polyeletrolitos applied in drinking water treatment. Microchemical Journal, Vol 67, pp MATSUI, Y.; YUASA, A.; FURUYA,Y.; KAMEI, T.. Dynamic analysis of coagulation with alum and PACl. Journal AWWA, Vol.90, pp NDIONGUE, S.; DESJARDINS R.; PRÉVOST, M.. The use of jar-filtração tests to compare performances of coagulantes in Direct Filtração. Enverinomental Tecnology, v. 21, p PRIANTI, N.; AROUCA, J.; CARMO, F.H.; COSTA, B.M.P. & SILVA, T.S. Avaliação em escala real do emprego de cloreto de polialumínio na coagulação de águas naturais de cor moderada e turbidez baixa. XIX- Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental. Rio de Janeiro SHEN, YUN-HWEI, DEMPSEY, BRIAN. A. Synthesis and speciation of polyaluminum chloride for water treatment. Enverinment Intrenational, Vol.24, Nov (.8), pp