ESTUDO DO USO DO COAGULANTE NATURAL MORINGA OLEIFERA LAM EM UMA ETA

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1 ESTUDO DO USO DO COAGULANTE NATURAL MORINGA OLEIFERA LAM EM UMA ETA Juliana Furtado Bezerra (1) Graduanda em Engenharia Ambiental e Sanitária pela Universidade Salvador UNIFACS. Diego Vendramini Doutor em Química na Agricultura e Ambiente pelo Centro de Energia Nuclear na Agricultura. Endereço (1) : Rua Marquês de Caravelas, 527/201, Barra - Salvador - Bahia - CEP: Brasil - Tel: +55 (71) julyfu12@yahoo.com.br RESUMO O trabalho apresenta o estudo da utilização da semente de Moringa oleifera Lam como coagulante em uma Estação de Tratamento de Água da Empresa Baiana de Águas e Saneamento EMBASA através da determinação da melhor concentração desse coagulante para remoção de cor e turbidez e controle do ph da água bruta da barragem Joanes I, assim como as formas de utilização da semente, em solução de água destilada ou em solução salina de NaCl. Essa última foi a que apresentou o melhor desempenho, com dosagens na faixa de 4,0 a 7,0 ml/l, porém a solução salina incrementa a concentração de sais na água. Com a aplicação de solução em água destilada a dosagem de 8,0 ml/l alcançou resultados satisfatórios. O estudo mostra que a semente possui grande potencial no tratamento de água para fins potáveis. Palavras-chave: Coagulante, Tratamento de Água, Moringa oleifera Lam, Teste de Jarro. INTRODUÇÃO/OBJETIVOS Os prestadores públicos de abastecimento de água das grandes cidades sofrem com os problemas de poluição em seus mananciais, geralmente, próximos aos centros urbanos e que são afetados pela má gestão de uso e ocupação do solo. Assim, observa-se um alto custo com ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 1

2 tecnologias e produtos químicos em seus sistemas de tratamento, afim de, garantir água segura e de qualidade à população. Usualmente são utilizados coagulantes químicos nos métodos convencionais de tratamento de água sendo aplicados sais de ferro e de alumínio. Porém os coagulantes químicos apresentam a desvantagem de gerar grande quantidade de lodo como resíduo do processo, e em particular, o sulfato de alumínio exige controle em sua concentração residual na água tratada, pois a sua concentração indesejada no organismo humano pode trazer malefícios à saúde (Nishi et al., 2011). Os coagulantes orgânicos representam uma alternativa para o resíduo de lodo gerado nas Estações de Tratamento de Água. A ETA estudada realiza tratamento de água convencional com uma vazão na faixa de 1800 a 2200 L/s, sendo que o Joanes, representa em torno de 85% dessa demanda (EMBASA, 2014). O rio Joanes está situado em Área de Preservação Ambiental, a APA Joanes/Ipitanga, porém com o crescimento populacional e urbano em seu entorno, a região da APA Joanes/Ipitanga passou a ser habitada e ocupada por construções, despejos irregulares de esgotos domésticos e efluentes industriais, causando degradação do recurso hídrico e atingindo vários níveis de eutrofização, a depender da época do ano. Segundo Nascimento (2013), numa análise preliminar, através de evidências fotográficas, verificase uma degradação do manancial Joanes confirmado pelas analises físico-químicas da água bruta com impacto direto no tratamento de água, uma vez que demanda aumento do consumo de produtos químicos (principalmente oxidantes e coagulantes) no tratamento e consequentemente elevação dos custos ao processo no intuito de adequar a água tratada aos padrões de potabilidade. Nishi et al (2011) evidenciaram que a moringa é uma planta tropical pertencente à família Moringaceae (KATAYON et al., 2006). Esta planta é nativa da Índia, mas é encontrada em outras regiões tropicais (BHATIA et al., 2007), sendo tolerante à seca. Possui propriedades nutricionais, medicinais e coagulantes de água. A descoberta do uso das sementes de Moringa oleifera Lam para a purificação de água, a um custo menor que do tratamento químico convencional, constitui uma alternativa da mais alta importância (SILVA, 2005). As sementes possuem um composto ativo que atua em sistemas de partículas coloidais, neutralizando cargas e formando pontes entre estas partículas, sendo este processo responsável pela formação de flocos e consequente sedimentação (NDABIGENGESERE et al. 1995; NKURUNZIZA et al. 2009). As sementes possuem polissacarídeos com forte poder aglutinante. O óleo obtido das sementes pode ser usado no preparo de alimentos, na fabricação de sabonetes e como combustível (Santana et al., 2010). A Moringa é composta em maior parte por proteínas e lipídeos, conforme tabela abaixo. ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 2

3 Tabela 1. Composição química das sementes de moringa Composição Semente Umidade (%) 6,3 Açúcares Solúveis (g/100g) 3,14 Oligossacarídeos (g/100g) 3,31 Amido (g/100g) 6,02 Proteínas (g/100g) 39,9 Lipídeos (g/100g) 18,8 Fonte: Gallão et al Assim, esse trabalho visa analisar os resultados de coagulação/floculação na remoção de impurezas da água do manancial Joanes, através da utilização das sementes oleaginosas de Moringa oleifera Lam, um coagulante e clarificante natural, comparado ao desempenho do coagulante químico, sulfato férrico, aplicado na ETA em estudo. METODOLOGIA As sementes de Moringa oleifera Lam foram adquiridas em estabelecimento comercial convencional. A água bruta utilizada nos Testes de Jarro foi retirada em um ponto de coleta externo à ETA, anterior à adição de permanganato de potássio, e os experimentos forma realizados na própria Estação de Tratamento de Água, no mesmo dia e horário. Foram analisados os parâmetros físico-químicos de cor, ph e turbidez da água para avaliar se após aplicação da Moringa oleifera Lam, a água tratada atenderia aos padrões de potabilidade exigidos pela Portaria n de 12 de dezembro de 2011 do Ministério da Saúde, a qual determina valores máximos para cor e turbidez e recomenda que se mantenha uma faixa de ph, conforme tabela: Tabela 2. Parâmetros da Portaria Parâmetro Valor Máximo Permitido (VMP) Cor 15 uh Turbidez 1,0 ut ph 6,0 a 9,5 Os experimentos foram realizados com equipamento de Jar Test, Nova Ética Modelo 218, segundo metodologia sugerida pelo Procedimento Operacional Padrão (POP) da empresa, no ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 3

4 laboratório da ETA e que atende aproximadamente 20% da demanda de água da população de Salvador e RMS. As sementes foram testadas como coagulantes nas seguintes formas: Trituradas sem casca com pilão doméstico, dissolvidas em água destilada e depois filtradas Trituradas sem casca com pilão doméstico, dissolvidas em solução salina de NaCl 1M e depois filtradas Na preparação das soluções foram retiradas as cascas das sementes, restando apenas o miolo branco das mesmas (Figuras 1a e 1b), que posteriormente foram maceradas em pilão caseiro de madeira (Figura 1c). O pó foi então pesado em balança digital portátil (precisão 0,1 g) (Figura 2a) e em seguida foram processados 10g de pó da semente juntamente com 1L da solução em liquidificador doméstico durante 2 minutos. Após o processamento, o material foi então filtrado em pano de algodão (pano de prato comum) e coletado em um béquer (Figuras 2b e 2c). A solução final foi armazenada em um balão volumétrico. Os métodos utilizados foram adaptados de (BORBA, 2001 e SCHWARZ, 2000). a) b) c) Figuras 1. Sementes com casca e sem casca (a e b); Pilão caseiro (c). a) b) c) Figura 2. Balança portátil digital (a); Filtração da solução (b e c). ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 4

5 Os ensaios do Teste de Jarro (Figura 3a) foram realizados de acordo com os parâmetros hidráulicos utilizados na ETA, o qual possui o seguinte roteiro: 1 minuto em mistura rápida a 400 rpm, e 30 minutos em mistura lenta a 45 rpm, seguido de decantação por 10 minutos. Adicionalmente foram aplicados os tempos de 40 e 70 minutos de decantação. Após o período de decantação a água foi coletada e filtrada em papel filtro quantitativo (Figura 3b), para então realização das análises de cor, turbidez e ph. a) b) Figura 3. Jar Test (a); Filtração da água coagulada (b). A análise de turbidez foi realizada em turbidímetro modelo 2100P da marca HACH. A cor foi determinada em aparelho portátil de espectrofotometria de mesma marca e modelo DR/2010 e o ph por phmetro, modelo DM-20 da marca Digimed. RESULTADOS Analisando o ph de forma geral, foi observado que o mesmo não sofreu interferência significativa com o uso da Moringa em nenhum dos seus métodos de aplicação, em solução salina ou em solução de água destilada, nem nas diversas dosagens e tempos aplicados, mantendo valores de ph próximos a 7,0. Através dos testes realizados foi constatado que o período de decantação de 10 minutos não é suficiente para a sedimentação total das impurezas. No referente aos resultados da dosagem da Moringa em solução salina, a água tratada obteve valores aceitáveis de cor (menor ou igual a 15 uh) em todos os jarros, e de turbidez no jarro de dosagem de 5 ml/l para o tempo de decantação de 40 minutos. Já na análise da água com permanência em decantação por 70 minutos, os valores de turbidez segundo padrão de potabilidade (menor ou igual a 1,0 ut), foram encontrados em quatro dos seis jarros estudados (dosagens 4, 5, 6 e 7mL/L). A cor permaneceu dentro do padrão permitido na totalidade dos ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 5

6 jarros. Assim, o experimento apresentou uma faixa de remoção de cor na ordem de 90 a 94% para o tempo de 40 minutos de decantação e para o tempo de 70 minutos de decantação uma faixa de 91 a 97% de remoção de cor. Comparando tais resultados com aqueles obtidos na ETA, no mesmo dia e horário, através da aplicação de sulfato férrico à dosagem de 71 mg/l, constatou-se que a Moringa apresentou maior eficiência na remoção de cor e igual eficácia na redução da turbidez, como mostra a Figura 4. Figura 4 Comparativo de remoção dos parâmetros cor e turbidez com o uso de sulfato férrico e solução salina de sementes de moringa. Assim, com a obtenção de resultados positivos no teste com solução salina, mantiveram-se as mesmas dosagens e parâmetros hidráulicos, para avaliação da aplicação da moringa em solução com água destilada. Ainda, a decantação de 10 minutos foi substituída pelo período de 120 minutos, para avaliação do efeito da semente em um maior intervalo de tempo. Os resultados encontrados com a solução em água destilada para os parâmetros citados acima apresentaram melhores valores para o tempo de decantação de 70 minutos, no referido período foi alcançado em cinco dos seis jarros (3, 4, 6, 7 e 8 ml/l) a cor aplicável pela portaria, 86 a 95% de remoção de cor, e em um dos jarros (8 ml/l), a turbidez menor que 1,0 ut. Para o período de 120 minutos de decantação não foram obtidos melhores ou iguais resultados, concluindo então, que o tempo ideal de decantação seria de 70 minutos para esse estudo. Comparando com a utilização do sulfato férrico na ETA, os resultados foram próximos, sendo que, com a aplicação da moringa em solução de água destilada obteve-se resultados ainda melhores para o parâmetro cor. ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 6

7 Figura 5 Comparativo de remoção dos parâmetros cor e turbidez com o uso de sulfato férrico e solução em água destilada de sementes de moringa. Das formas de preparação da moringa, a solução salina em NaCl obteve melhor desempenho seguida da solução em água destilada, apesar disso, questionou-se sobre a adição desses sais à água, se os níveis de sais dissolvidos na mesma aumentariam. Dessa forma, foi realizada análise da água bruta e da água tratada para comparativo sobre a concentração de sais, e os resultados comprovaram que após aplicação da moringa em solução salina, os íons de sódio e cloreto aumentaram representativamente, em torno de 100 vezes mais, como demonstram os resultados da Tabela 3. Tabela 3. Resultados da análise para presença de sais nas águas bruta e tratada. Identificação Ânions.Cloreto Identificação Cátions.Sódio Água Tratada 2 163,077 Água Tratada 2 106,024 Água tratada 2 160,775 Água Tratada 2 115,797 Água Tratada 1 197,701 Água Tratada 1 158,602 Água Tratada 1 197,776 Água Bruta 2 2,472 Água Bruta 1 18,047 Água Bruta 1 16,637 Água Bruta 1 18,068 ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 7

8 DISCUSSÃO Ficou comprovado que a Moringa não interfere representativamente no ph da água, sendo assim, a sua utilização eliminaria o uso de substância corretiva, a cal hidratada, o que resultaria na eliminação dos resíduos de areia, que são da ordem de 27 Tn/mês, como também na redução de custos da ETA. A não alteração do ph no uso da Moringa foi confirmado por Borba (2001) que realizou estudos variando a solução com diferentes componentes dessa semente, demonstrando que o extrato da semente de Moringa oleifera Lam em água bruta não evidenciou significativas variações no ph, independente da dosagem aplicada. Os resultados encontrados apontaram a solução salina em NaCl como melhor coagulante a ser aplicado para dosagens na faixa de 4,0 a 7,0 ml/l, e a solução em água destilada com dosagem de 8,0 ml/l, aliado ao parâmetro hidráulico de decantação com o tempo de 70 minutos. A eficiência da solução salina foi explicada e evidenciada por Okuda et al. (1999) para os autores a extração com NaCl apresentou melhor atividade de coagulação, com dosagens de 7,4 vezes menor quando a preparação do coagulante foi realizada com água destilada e maior eficiência de remoção de turbidez. Concluindo que a eficiência de coagulação com a solução salina é devido ao sal aumentar a dissociação em proteína-proteína e a solubilidade da proteína na forma de sal aumenta a força iônica. Ainda assim, considera-se necessário maior número de testes para avaliação de seu uso nas águas do manancial, inclusive para avaliar melhor a sua eficácia em solução de água destilada, a qual eliminaria o problema dos sais adicionais. Como também, estudar a sua utilização em paralelo ao sulfato férrico, auxiliando a reação de coagulação/floculação, e com isso, reduzindo o consumo de coagulante químico, o qual possui como resíduo o lodo com uma produção diária de 7.518,44 Kg (EMBASA, 2007). CONCLUSÃO A utilização das sementes de Moringa oleifera Lam mostrou potencialidade, o que foi comprovado pela comparação com o uso do coagulante químico, na qual a Moringa na forma de solução salina conseguiu atingir iguais resultados na remoção de turbidez, e melhores resultados para remoção de cor, em sua aplicação em solução salina e em água destilada. A solução salina de NaCl 1M, todavia não representa o melhor método, por aumentar os níveis de íons de sódio e cloreto na água, necessitando para o seu uso, de etapa posterior para remoção desses sais, logo verifica-se a necessidade de maior variabilidade de testes visando o uso das sementes de moringa em solução de água destilada. ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 8

9 Ainda, recomenda-se estudo de viabilidade técnica e econômica do uso das sementes para implementação futura no processo de tratamento de água da ETA ou em comunidades carentes, ou ainda realizar estudos de comparação com outros mananciais que apresentem eutrofização. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BHATIA, S., OTHMAN, Z., AHMAD, A. L.. Pretreatment of palm oil mill effluent (POME) using Moringa oleifera seeds as natural coagulant BORBA, L. R. Viabilidade do Uso da Moringa oleifera Lam no Tratamento Simplificado de Água para Pequenas Comunidades. João Pessoa, Universidade Federal da Paraíba, BRASIL. Ministério da Saúde. Portaria n de 12 de dezembro de 2011 do Ministério da Saúde. Dispõe sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade. EMBASA. Boletim de Volume Aduzido/Produzido SIAA da RMS EMBASA. Estudo sobre a viabilidade de reuso dos lodos das Estações de Tratamento de Água para confecção de blocos visando utilização na construção civil GALLÃO, M. I.; DAMASCENO, L. F.; BRITO, E. S. Avaliação química e estrutural da semente de Moringa. Revista Ciência Agronômica. Vol KATAYON, S., NOOR, M. J. M. M., ASMA, M., GHANI, L. A. A., THAMER, A. M., AZNI, I.. Effects of storage conditions of Moringa oleifera seeds on its performance in coagulation. Bioresource Technology NASCIMENTO, C. C. C.. A degradação da qualidade da água do manancial Joanes I e o crescente custo no tratamento de água. MAPT-1, EMBASA NDABIGENGESERE, A.; NARASIAH, K. S.; TALBOT, B. G.. Active agents and mechanism of coagulation of turbid waters using Moringa oleifera. Water Research. Vol NISHI, L.; MADRONA, G. S.; VIEIRA, A. M. S., BASSETTI, F. J.; SILVA, G. F.; BERGAMASCO, R. Coagulação/Floculação com Sementes de Moringa oleifera Lam para Remoção de Cistos de Giardia spp. e Oocistos de Cryptosporidium spp. da água. In: International Workshop: Advances in Cleaner Production, 3., São Paulo, NKURUNZIZA, T., NDUWAYEZU, J.B., BANADDA, E.N., NHAPI, I.. The effect of turbidity levels and Moringa oleifera concentration on the effectiveness of coagulation in water treatment. Water Science and Technology. Vol ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 9

10 OKUDA,T.; BASES, A. U.; NISHIJIMA, W.; OKADA, M. Improvement of extraction method of coagulation active components from Moringa oleifera seed. Vol. 33, n. 15. Grã-Bretanha: Elsevier Science, SANTANA, C.R.; PEREIRA, D.F.; ARAUJO, N.A.; CAVALCANTI, E.B.; DA SILVA, G.F. Caracterização físico-química da moringa (Moringa Oleifera Lam). Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais. Vol. 12, n. 1. Campina Grande, SILVA, C.A.. Estudos aplicados ao uso da Moringa oleifera como coagulante natural para melhoria da qualidade de águas. Dissertação de Mestrado, Instituto de Química, Universidade Federal de Uberlândia UFU. Uberlândia, SCHWARZ, D. Water clarification using Moringa oleifera. Tchnical Information W1. Estolcomo. Gate Information Service, p. 1-7, ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 10