III Encontro Paranaense de Engenharia e Ciência. Toledo Paraná, 28 a 30 de Outubro de 2013

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1 Otimização dos Parâmetros de Mistura e Sedimentação Empregando a Combinação dos Coagulantes Moringa oleifera Lam e Cloreto Férrico no Tratamento de Água Superficial Karina C. Valverde 1*, Priscila F. Coldebella 1, Tássia R. T. dos Santos 1, Letícia Nishi 1, Lívia de O. R. Moreti 1, Franciele P. Camacho 1, Milene C. Bongiovani 1, Márcia R. Fagundes-Klen 2, Onélia A. A. dos Santos 1, Rosângela Bergamasco 1 (1) Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Universidade Estadual de Maringá UEM, Campus Maringá-PR. ka.cc@bol.com.br; rosangela@deq.uem.br (2) Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Universidade Estadual do Oeste do Paraná UNIOESTE, Campus Toledo-PR. Resumo: Esse estudo propõe otimizar os parâmetros do processo de clarificação da água superficial por meio da alteração das velocidades de mistura rápida (VMR) e lenta (VML), tempos de mistura (TMR e TML) e sedimentação (TS), em ensaios realizados em Jar Test, para a combinação do coagulante Moringa oleifera Lam (MO) e cloreto férrico, já que informações sobre essa otimização são escassas na literatura, especialmente quando se trata da combinação de coagulantes. As dosagens de coagulantes adicionadas nos ensaios foram de 10 mg.l -1 para o cloreto férrico e 50 mg.l -1 para a MO. Utilizou-se delineamento fatorial 27x4, sendo vinte e sete variações quanto às velocidades e tempos de mistura; e quatro tempos de sedimentação, para a avaliação da eficiência de remoção dos parâmetros de qualidade. Verificou-se que os parâmetros de mistura afetam a eficiência de remoção e as condições de operação ótimas são: 100 rpm (VMR), 3 min (TMR), 30 rpm (VML) e 15 min (TML), com eficiências de remoção de 89,7%, 90,8% e 73,5% para cor aparente, turbidez e compostos com absorção em UV 254nm. Palavras Chave: Combinação de Coagulantes; Moringa oleifera Lam; Cloreto Férrico; Clarificação da Água Superficial; Parâmetros de Mistura e Sedimentação. INTRODUÇÃO As águas superficiais contêm diferentes compostos que devem ser reduzidos durante o processo de tratamento de água. A aplicação de coagulantes é uma etapa importante nesse processo. Atualmente, diversos pesquisadores preocupam-se com a combinação dos coagulantes convencionais com os naturais, a fim de melhorar a etapa de coagulação/ floculação e sedimentação. Dentre os coagulantes naturais, a Moringa oleifera Lam (MO) é a espécie mais cultivada atualmente (ABALIWANO, GHEBREMICHAEL; AMY, 2008; ALO; ANYIM; ELOM, 2012). Poumaye et al. (2012) avaliaram que esse biopolímero pode ser usado na clarificação da água com eficiência elevada. Além disso, a MO pode reduzir a demanda química de coagulante 201 químico utilizada no processo (VALVERDE et al., 2013). Awad, Wang e Li (2013) afirmam que a MO é um coagulante viável na substituição parcial dos coagulantes químicos utilizados no tratamento da água. De acordo com Vijayaraghavan, Sivakumar e Vimal Kumar (2011), há escassez de estudos abrangentes que comparam a eficiência da combinação dos coagulantes natural e químicos. Assim, esse estudo propõe avaliar o processo de coagulação/floculação e sedimentação para a combinação dos coagulantes MO e cloreto férrico, em relação aos parâmetros de mistura e sedimentação do processo no tratamento de água superficial. MATERIAIS E MÉTODOS Os ensaios de coagulação/floculação e sedimentação foram realizados em Jar Test

2 Nova Ética Modelo 218/LDB06 em recipientes com 700 ml de água bruta proveniente da bacia do rio Pirapó, Maringá, PR, Brasil. A temperatura da água foi mantida no intervalo de 25,0 3,0 o C (VALVERDE et al., 2013). A caracterização da água bruta foi realizada por meio dos parâmetros de qualidade: cor aparente e compostos com absorção em UV 254nm (espectrofotômetro DR 5000 Hach), turbidez (turbidímetro 2100P Hach) e ph (phmetro Thermo-Scientific VSTAR92 Orion Versastar). Para a preparação da solução padrão do coagulante cloreto férrico, foi considerada uma concentração de 1% m/v. Para a obtenção do coagulante em pó de MO, 5 g de sementes foram descascadas, trituradas em liquidificador (NL-41 Mondial) e secas em estufa com circulação e renovação de ar (Digital Timer SX CR/42) a 40 C até peso constante (AMAGLOH; BENANG, 2009). Baseado nas condições de operação ótimas da MO, previamente estudadas por Cardoso et al. (2008) e Madrona et al. (2012); e do cloreto férrico, obtidas através de informações na Sanepar, já que optou-se por adotar as condições reais de operação da ETA de Maringá, obteve-se as condições a serem avaliadas na combinação dos coagulantes MO e cloreto férrico, conforme demonstrado na (Tabela 1). Tabela 1. Condições de operação para a combinação MO e cloreto férrico TRATAMENTO VMR (rpm) TMR (min) VML (rpm) TML (min) TRATAMENTO VMR (rpm) TMR (min) VML (rpm) TML (min) As dosagens adicionadas de coagulantes nos ensaios de coagulação/floculação foram adaptadas segundo dados citados na literatura, sendo 10 mg.l -1 para o cloreto férrico (BAGHVAND et al., 2010) e 50 mg.l -1 para a MO (JOSHUA; VASU, 2013). Após o processo de clarificação da água, 15 ml de água tratada foi coletada, e a avaliação foi realizada baseada na redução percentual dos parâmetros cor aparente, turbidez e compostos com absorção em UV 254nm. Para a comparação dos resultados obtidos nos ensaios, foram realizados a Análise de Variância (Anova) e o teste de comparação de médias, teste Tukey, com 95% de confiança, sendo significativo um p-valor < 0,05, a fim de verificar as diferenças significativas, através do programa estatístico SISVAR versão 5.3. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela 2 apresenta a caracterização da água superficial. Tabela 2. Caracterização da água superficial Parâmetro Unidade Valores Cor aparente uh 386 Turbidez NTU 72,9 UV 254nm cm -1 0,275 ph - 7,813 Avaliando-se os resultados obtidos por meio da análise estatística (Teste Tukey), observa-se que não houve diferença significativa para as seguintes condições de operação apresentadas na Tabela

3 Tabela 3. Valores das eficiências de remoção para as melhores condições de operação na combinação MO e cloreto férrico Parâmetros Eficiências de remoção (%) VMR TMR VML TML TS Cor (rpm) (min) (rpm) (min) (min) aparente Turbidez UV 254nm ,7 91,3 90,8 92,4 73,5 76, ,7 91,3 73, ,9 90,9 91,7 92,1 69,8 71, / ,7 93,9 91,7 92,5 72,5 75, ,8 94,7 92,7 93,2 74,2 74,6 De acordo com estudos realizados com a MO como coagulante primário, verifica-se que o tempo de residência hidráulico é muito elevado (ALI et al., 2010). Madrona et al. (2010) e Valverde et al. (2013) obtêm resultados de remoção de cor aparente e turbidez com TS de 60 min e 120 min, utilizando extrato de MO salina e aquosa, respectivamente. Ravikumar e Sheeja (2012), afirmam que o TS para o pó de sementes de MO é mais longo do que quando se utiliza a associação dos coagulantes. Avaliando-se os resultados obtidos na Tabela 3, o TS de 15 min é mais viável, por ser esse o tempo padrão usado em ETAs, normalmente. Nesse caso, as seguintes condições de operação poderiam ser utilizadas: 100 rpm durante 3 min e 30 rpm durante 15 min; ou 105 rpm durante 2 ou 3 min e 45 rpm durante 3 min. Em relação às velocidades de mistura, 100 rpm (VMR) e 30 rpm (VML) são mais vantajosas, por se tratar das menores intensidades de agitação aplicadas ao processo de coagulação/floculação, o que está diretamente relacionado com a diminuição de gastos com energia. Segundo Julio, Fioravante e Oroski (2008), quanto maior o gradiente de velocidade, maiores serão os custos de implantação e operação em uma ETA. As Figuras 1, 2 e 3 apresentam os resultados obtidos para os ensaios no TS de 15 min. 203

4 Eficiência de Remoção de Cor Aparente (%) Ensaio Figura 1. Eficiências de remoção (%) obtidas para o parâmetro cor aparente Eficiência de Remoção de Turbidez (%) Ensaio Figura 2. Eficiências de remoção (%) obtidas para o parâmetro turbidez 204

5 Eficiência de Remoção de UV 254nm (%) Ensaio Figura 3. Eficiências de remoção (%) obtidas para o parâmetro compostos com absorção em UV 254nm Assim, as condições de operação ótimas para a associação dos coagulantes MO e cloreto férrico são: 100 rpm (VMR), 3 min (TMR), 30 rpm (VML), 15 min (TML e TS). CONCLUSÕES Por meio desse estudo, verificou-se que os parâmetros de mistura e sedimentação afetam a eficiência de remoção dos parâmetros de qualidade cor aparente, turbidez e compostos com absorção em UV 254nm. Com a combinação dos coagulantes natural e químico, é possível diminuir o tempo de sedimentação. As condições de operação ótimas para a combinação dos coagulantes MO e cloreto férrico são: 100 rpm (VMR), 3 min (TMR), 30 rpm (VML) e 15 min (TML e TS), com eficiências de remoção de 89,7%, 90,8% e 73,5% para cor aparente, turbidez e compostos com absorção em UV 254nm, respectivamente. Agradecimentos Os autores agradecem a CAPES e CNPq pelo suporte financeiro; a Universidade Federal de Sergipe (UFS), pela doação das sementes de MO; e a SANEPAR, pela amostra de água superficial fornecida. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABALIWANO, J. K., GHEBREMICHAEL, K. A.; AMY, G. L. Application of the purified Moringa oleifera coagulant for surface water treatment. WaterMill Working Paper Series, n. 5, p. 1-19, ALI, E. N.; MUYIBI, S. A.; SALLEH, H. M.; ALAM, M. Z.; SALLEH, M. R. Production of natural coagulant from Moringa oleifera seed for application in treatment of low turbidity water. Journal Water Resource and Protection, v. 2, n. 3, p , mar doi: /jwarp ALO, M. N.; ANYIM, C.; ELOM, M. Coagulation and antimicrobial activities of Moringa oleifera seed storage at 3 C temperature in turbid water. Advances in Applied Science Research, v. 3, n. 2, p , apr AMAGLOH, F. K.; BENANG, A. Effectiveness of Moringa oleifera seed as coagulant for water 205

6 purification. African Journal of Agricultural Research, v. 4, n. 1, p , feb AWAD, M.; WANG, H.; LI, F. Preliminary study on combined use of Moringa seeds extract and PAC for water treatment. Research Journal of Recent Sciences, India, v. 2, n. 8, p , aug BAGHVAND, A.; ZAND, A. D.; MEHRDADI, N.; KARBASSI, A. Optimizing coagulation process for low to high turbidity waters using aluminum and iron salts. American Journal of Environmental Sciences, v. 6, n. 5, p , CARDOSO, K. C.; BERGAMASCO, R.; COSSICH, E. S.; MORAES, L. C. K. Otimização dos tempos de mistura e decantação no processo de coagulação/floculação da água bruta por meio da Moringa oleifera Lam. Acta Scientiarum Technology, Maringá, v. 3, n. 2, p , doi: /actascitechnol.v30i JOSHUA, R.; VASU, V. Characteristics of stored rain water and its treatment technology using Moringa seeds. International Journal of Life Sciences Biotechnology and Pharma Research, India, v. 2, n. 1, p , jan JULIO, M. de; FIORAVANTE, D. A.; OROSKI, F. I. Avaliação da influência dos parâmetros de mistura rápida, floculação e decantação no tratamento de água empregando o sulfato de alumínio e o PAC. Ciências Exatas e da Terra, Agrárias e Engenharias, v. 14, n. 2, p , ago doi: /publ.exatas. v.14i MADRONA, G. S.; BRANCO, I. G.; SEOLIN, V. J.; ALVES FILHO, B. de A.; FAGUNDES-KLEN, M. R.; BERGAMASCO, R. Evaluation of extracts of Moringa oleifera Lam seeds obtained with NaCl and their effects on water treatment. Acta Scientiarum Technology, Maringá, v. 34, n. 3, p , jul./sep doi: /actascitechnol. v34i MADRONA, G. S.; SERPELLONI, G. B.; SALCEDO, A. M.; NISHI, L.; CARDOSO, K. C.; BERGAMASCO, R. Study of the effect of saline solution on the extraction of the Moringa oleifera seeds active component for water treatment. Water, Air & Soil Pollution, v. 211, n. 1-4, p , sep doi: /s POUMAYE, N.; MABINGUI, J.; LUTGEN, P.; BIGAN, M. Contribution to the clarification of surface water from the Moringa oleifera: Case M Poko river to Bangui, Central African Republic. Chemical Engineering Research and Design, v. 90, p , dec doi: /j.cherd RAVIKUMAR, K.; SHEEJA, A. K. (2012). Water clarification using Moringa oleifera seed coagulant. 206 In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON GREEN TECHNOLOGY, p , dec. 2012, Trivandrum, India. doi: /ICGT VALVERDE, K. C.; MORAES, L. C. K.; BONGIOVANI, M. C.; CAMACHO, F. P. BERGAMASCO, R. Coagulation diagram using the Moringa oleifera Lam and the aluminium sulphate, aiming the removal of color and turbidity of water. Acta Scientiarum Technology, Maringá, v. 5, n. 3, p , jul./sep doi: /actascitechnol. v35i VIJAYARAGHAVAN, G; SIVAKUMAR, T; VIMAL KUMAR, A. Application of plant based coagulants for waste water treatment. International Journal of Advanced Engineering Research and Studies, v. 1, n. 1, p , oct./dec