Janaina Conversani Botari UEM Universidade Estadual de Maringá Umuarama Paraná, Brasil

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1 Avaliação da eficiência da fécula de batata como coagulante natural e como polímero auxiliar de coagulação nos consórcios com cloreto férrico e policloreto de alumínio Efficiency evaluation of potato starch as a natural coagulant and an auxiliary polymer of coagulation in consorts with ferric chloride and aluminum polychloride Taynara Basso Vidovix UEM Universidade Estadual de Maringá Umuarama Paraná, Brasil taynaravidovix@hotmail.com Janaina Conversani Botari UEM Universidade Estadual de Maringá Umuarama Paraná, Brasil Alexandre Botari UEM Universidade Estadual de Maringá Umuarama Paraná, Brasil taynaravidovix@hotmail.com Abstract The study of viable technologies for the adequate treatment of water is fundamental. An alternative to areas inaccessible to drinking water is the use of natural coagulants and may also be used in consortia with primary coagulants commonly used in water treatment plants. The purpose is to reduce costs and highlight the environmental concern and the health of the population. The present work evaluated the efficiency of Potato Starch as a natural coagulant, and in association with the chemical coagulants Ferric Chloride and Aluminum Polychloride. The tests were carried out in Jartest simulating coagulation / flocculation / sedimentation of water prepared in laboratory, and the parameter used for efficiency analysis was the turbidity remaining in the jars. The potato starch as a coagulant showed turbidity removal around 58%, whereas when used in the consortium with the other coagulants it was 99% removal in terms of turbidity. Keywords: Water treatment Plant, Alternatives coagulants, Sustainability. I. INTRODUÇÃO A água dispõe-se em diversas formas, principalmente no estado líquido, constituindo um recurso natural renovável devido ao ciclo hidrológico. É indispensável que os corpos hídricos apresentem condições físicas e químicas adequadas para uso dos seres vivos. Dessa forma, devem conter substâncias fundamentais à vida e estar isentos de outras substâncias que possam produzir efeitos deletérios aos organismos que compõem as cadeias alimentares. Assim, disponibilidade de água significa que ela está presente tanto em quantidade como em qualidade satisfatória, para atender as necessidades dos seres vivos (BRAGA, B. et al., 2005). O abastecimento humano é considerado o uso mais nobre e prioritário de acordo com [2], que estabelece padrões de qualidade para o consumo, que devem ser respeitados. No entanto, apesar da grande abundância de água doce existente no Brasil, o país sofre com o abastecimento de água regular e de qualidade, devido a fatores externos como aumento populacional e a degradação da qualidade dos recursos hídricos, comprometendo assim a saúde pública bem como todo o meio ambiente. Neste sentido, a água destinada ao abastecimento doméstico deve apresentar características sanitárias e toxicológicas adequadas, com a finalidade de prevenir danos à saúde e ao bem-estar da população. Estima-se, de acordo com dados da Organização Mundial de Saúde, que das pessoas que morrem por dia por causa de doenças transmitidas pela água, mais da metade são crianças com menos de cinco anos de idade. (BRAGA, B. et al., 2005). Assim sendo, surge a necessidade de estudos que apontem caminhos para o tratamento adequado, visando no aspecto higiênico, à prevenção de doenças causadas por veiculação hídrica, no âmbito social à melhora na qualidade de vida da população, além do aspecto econômico que visa à produtividade em geral com baixo custo e por fim a questão ecológica, com o intuito de proteger e preservar o meio ambiente. (STRÖHER, A.P. et al., 2013). Em relação ao âmbito econômico, a problemática referese ao fato de que atualmente as técnicas utilizadas para o tratamento adequado são onerosas, tornando-se muitas vezes inacessíveis para as populações mais carentes, uma vez que, DOI /SHEWC

2 normalmente emprega-se o uso de coagulantes sintéticos durante o processo. Além disso, em relação ao aspecto higiênico deve-se destacar que os coagulantes primários se adotados em concentrações muito elevadas podem também causar problemas à saúde. Por fim, para questão ecológica, a utilização desses produtos produz um lodo químico, que é de difícil biodegradabilidade. Neste sentido, os coagulantes naturais tornam-se uma alternativa muito interessante e simples, com o objetivo de diminuir os custos financeiros, oferecer maior segurança à saúde pública e proporcionar um lodo que pode ser facilmente degradado, reduzindo dessa forma o impacto no meio ambiente (STRÖHER, A.P. et al., 2013). A. Objetivo Principal II. OBJETIVOS O presente trabalho tem como objetivo principal avaliar o desempenho da Fécula de Batata utilizada separadamente, como coagulante natural, e em conjunto com os coagulantes químicos Cloreto Férrico e Policloreto de Alumínio (PAC), visando o tratamento de água para fins potáveis. B. Objetivos Específicos Estudar a viabilidade da Fécula de Batata como coagulante natural e em consórcios com coagulantes químicos para clarificação da água bruta; Determinar a concentração ótima para os coagulantes: Cloreto Férrico, Policloreto de Alumínio (PAC) e Fécula de Batata, além dos consórcios: Cloreto Férrico com Fécula de Batata e Policloreto de Alumínio (PAC) com Fécula de Batata em equipamento Jar-test; Realizar estudo comparativo de eficiência de remoção de turbidez dos diferentes coagulantes e dos consórcios empregados. III. METODOLOGIA Devido a dificuldades com transporte e armazenamento, visando ainda uma padronização das amostras, preferiu-se pela produção da água bruta. Dessa forma, introduziu-se a turbidez na solução preparada em laboratório, através de uma suspensão-mãe de caulinita, um conhecido tipo de argila, bastante utilizada em estudos de tratabilidade. Ainda assim, foi adicionada uma alíquota de coliformes fecais, provenientes de água coletada de um lago existente no município onde a pesquisa foi executada, Umuarama Paraná, Brasil. Logo depois, a produção da água bruta, foi realizado imediatamente a caracterização da mesma, através dos respectivos parâmetros de qualidade: ph, Turbidez e Alcalinidade, segundo procedimento recomendado por [4]. A seguir, foi efetuado o procedimento de preparo das soluções coagulantes de Cloreto Férrico, Policloreto de Alumínio e Fécula de Batata, respectivamente, a fim de determinar a concentração ótima para os coagulantes em estudos. Assim sendo, a solução estoque dos coagulantes Cloreto Férrico e PAC foram de 2 g.l -1. Em contrapartida, para a Fécula de Batata foram preparadas quatro soluções coagulantes com concentrações diferentes, sendo elas: 2 g.l -1 ; 20 g.l -1 ; 100 g.l -1 e 200 g.l -1, em função do desconhecimento em literatura sobre a eficiência da mesma. Para obtenção da dosagem ótima da Fécula de Batata, do Cloreto Férrico, do PAC e dos Consórcios (Fécula de Batata + Cloreto Férrico e Fécula de Batata + PAC), os ensaios de coagulação/floculação/sedimentação foram realizados em um equipamento Jar-test, Nova Ética Modelo 218/LDB 06, composto de seis provas, com regulador digital de rotação das hastes e jarros comportando volume de 2 litros (cada). Algumas variáveis foram fixadas ao longo de todo o trabalho, para todos os ensaios, como podem ser observados na Tabela 1. Uma vez que, este conceito foi realizado através de estudos de literaturas, haja vista que, de acordo com [5], os valores usuais adotados para mistura rápida são: Tempo de mistura: <7 segundos e Gradiente de Velocidade: 300 a s -1. Já para floculação, os valores são: Tempo de floculação: 15 a 25 minutos e Gradiente de Velocidade:10 a 70s -1. Além disso, segundo [6], os valores para velocidade de sedimentação comumente adotados estão na faixa de 20 a 60 m/dia. Tabela 1: Tempo de mistura rápida, gradientes de velocidade e velocidade de sedimentação previamente fixados para todos os ensaios. Tempo de Mistura Rápida 10 segundos Gradiente de Mistura Rápida 900 s -1 = 450 RPM Gradiente de Floculação 20 s -1 = 32 RPM Velocidade de Sedimentação 2,5 cm/min = 36 m/dia Importante destacar que os valores de gradientes foram convertidos de acordo com o gráfico existente no equipamento Jar-test e para a aquisição do tempo de sedimentação, o cálculo foi feito a partir da equação da velocidade: Contudo, para a avaliação da eficiência dos processos de coagulação/floculação/sedimentação, foram coletadas as amostras dos próprios jarros do equipamento, logo após o tempo de sedimentação e posteriormente, foram determinados em triplicata os parâmetros de turbidez, a partir de procedimento recomendado por [4]. Se faz necessário mencionar também que, para ajustar o ph dos jarros, adicionaram-se alíquotas de Ácido Clorídrico com concentração 0,1 g/l (HCL 0,1) e alíquotas de Hidróxido de Sódio com concentração 0,1 g/l (NaOH 0,1). IV. RESULTADOS Inicialmente, obteve-se os resultados da amostra bruta, apresentados na Tabela 2, o que possibilita verificar que o valor alcançado para a turbidez atende aos pressupostos de simular um corpo d água destinado ao abastecimento para consumo humano (Classe I). Isso porque, de acordo com [2] o valor limite de turbidez é de até 40 UNT. 142

3 Tabela 2: Caracterização da Amostra Bruta Parâmetros Unidade Resultados Amostra Bruta ph - 7,46 Turbidez ut 34,6 Alcalinidade mgcaco 3 /L 7 Em relação aos ensaios de coagulação, floculação e sedimentação o parâmetro determinante analisado foi a turbidez remanescente, de acordo com as variáveis também investigadas: Concentração ótima da solução coagulante, ph e Tempo de Floculação. Vale ressaltar que foram realizados cinco ensaios de Jar-test para os coagulantes químicos, onze para a Fécula de Batata e doze para os consórcios, visando atingir os objetivos propostos com a pesquisa. No caso do Cloreto Férrico os resultados estão dispostos na Fig. 1, que abrange os resultados obtidos com o ensaio 4, no qual verificou-se a concentração ótima do coagulante em questão. Neste gráfico, analisou-se a variação da turbidez remanescente de acordo com as mudanças do ph da amostra. Figura 1: Resultados da Turbidez Remanescente para o Cloreto Férrico de acordo com as variações do ph (Ensaio 4) Figura 2: Resultados da Turbidez Remanescente para o PAC de acordo com as variações do ph (Ensaio 4) Em função dos resultados obtidos com o Cloreto Férrico e sabendo que a eficiência do PAC é notoriamente superior em relação a outros coagulantes químicos, optou-se por aplicar concentrações relativamente inferiores. Dessa forma, observase claramente a grande diferença existente nas dosagens utilizando PAC e Cloreto Férrico, haja vista que, as duas soluções coagulantes foram produzidas com a mesma concentração, 2g.L -1 e verificou-se a dosagem ótima de solução coagulante de PAC em 0,15 mg.l -1. Além disso, o ph 8,5 mostrou-se mais eficiente, reduzindo ainda mais o valor da turbidez, se comparado com o ph natural da amostra bruta (ph=7,5), como também o tempo ótimo de floculação de 20 minutos. Similarmente aos outros coagulantes, realizou-se a medição da turbidez remanescente após cada ensaio. Na Fig. 3, pode-se observar através do diagrama representativo os ensaios com concentração de solução coagulante mais eficiente, alterando o tempo de floculação, porém sem adição de acidificantes e/ou alcalinizantes. A partir dos resultados citados na Fig. 1, pode-se concluir que a dosagem ótima de solução coagulante de Cloreto Férrico foi 10 mg.l -1, além disso o ph que mostrou-se mais eficiente foi 6,5, reduzindo ainda mais o valor da turbidez, se comparado com o ph natural da amostra bruta (ph=7,5), como também o tempo de floculação ótimo encontrado foi de 20 minutos. Posteriormente, de maneira semelhante ao Cloreto Férrico, na Fig. 2, pode-se verificar também uma grande variação nos valores obtidos para a turbidez, a partir das alterações realizadas no ph da amostra. Este gráfico, traz as informações alcançadas no ensaio 4, haja vista que a dosagem ótima foi verificada neste ensaio. Figura 3: Diagrama representativo dos Ensaios com Fécula de Batata (Solução coagulante de 20 g.l-1) 143

4 Através dos resultados já apresentados, conclui-se que apesar dos diversos ensaios realizados com concentrações de soluções coagulantes de Fécula de Batata, não se verificou nenhum resultado satisfatoriamente eficaz. Isso porque, segundo [7] a turbidez é um parâmetro de aspecto estético de aceitação ou rejeição do produto, e o valor máximo permitido de turbidez na água distribuída é de 5,0 NTU. Em contrapartida, entende-se que devido a sua composição orgânica, não esperava-se obviamente que a Fécula de Batata atingisse resultados equivalentes ao dos outros coagulantes químicos, dessa maneira não se pode desprezar a grande remoção de sólidos suspensos que a mesma proporcionou ao ser adicionada na amostra bruta, atingindo uma eficiência relativamente alta de acordo com suas limitações. Neste sentido, observa-se que a dosagem ótima para a Fécula de Batata foi obtida em 150 mg.l -1, com uma solução coagulante de 20 g.l -1 e Tempo de Floculação, mais eficiente, de 20 minutos (Ensaio 10, Jarro 1). Sobre os consórcios, as combinações realizadas basearamse nos resultados verificados acima, assim sendo, sabendo que a dosagem ótima da Fécula de Batata foi encontrada em 150 mg.l -1 com uma solução coagulante de 20 g.l -1, adotou-se a série variando de 40 a 200 mg.l -1, a fim de obterem-se melhores resultados. Obviamente, junto com a dosagem ótima de Cloreto Férrico, em porcentagem de acordo com o consórcio correspondente. Portanto, as concentrações empregadas nos consórcios 75%, 50% e 25% foram 7,5 mg.l - 1, 5,0 mg.l -1 e 2,5 mg.l -1, respectivamente, tendo em vista que a dosagem ótima obtida para o Cloreto Férrico foi de 10 mg.l - 1 (100%). A seguir, na Fig. 4, verifica-se a eficiência do Cloreto Férrico empregado individualmente e posteriormente com a dosagem ótima da solução coagulante de Fécula de Batata, para os três consórcios. remoção de turbidez se comparado com o valor da amostra bruta. Já o consórcio de 75% mostrou-se mais satisfatório, pois além do valor de turbidez encontrado estar dentro do limite aceitável, obteve-se maior clarificação da água, como também pode-se evidenciar a diferença, em porcentagem, existente de eficiência de remoção de turbidez com a adição da Fécula de Batata em relação aos jarros brancos de cada consórcio, sendo que as maiores variações são verificadas nos consócios de 25 e 50%. De forma equivalente aos consórcios com Cloreto Férrico, as combinações realizadas para os consórcios de PAC baseouse nos resultados obtidos anteriormente. Desse modo, adotouse a mesma série de Fécula de Batata, variando de 40 a 200 mg.l -1 em conjunto com a dosagem ótima de PAC, em porcentagem de acordo com o consórcio correspondente. Portanto, as concentrações empregadas nos consórcios 75%, 50% e 25% foram 0,12 mg.l -1, 0,08 mg.l -1 e 0,04 mg.l -1, respectivamente, haja vista que a dosagem ótima obtida para o PAC foi de 0,15 mg.l -1 (100%). Na Fig. 5 apresentam-se os resultados alcançados para os três consórcios com PAC e Fécula de Batata. Figura 5: Eficiência do PAC empregado individualmente e posteriormente com dosagem ótima da solução coagulante de Fécula de Batata, para os três consórcios (75, 50 e 25%) Figura 4: Eficiência do Cloreto Férrico empregado individualmente e posteriormente com dosagem ótima da solução coagulante de Fécula de Batata, para os três consórcios (75, 50 e 25%) A partir dos resultados dispostos, é possível observar que os consórcios 50 e 25% de Cloreto Férrico + Fécula de Batata não apresentaram-se viáveis, tendo em vista que os valores de turbidez mostraram-se superiores ao limite permitido, segundo a legislação, que é de 5 ut. Apesar disso, nota-se uma elevada Os resultados como se pode verificar, apresentaramse bastante satisfatórios, uma vez que todos os valores ótimos para os três consórcios encontram-se dentro do limite permitido para abastecimento humano (5 ut). Além disso, mostrou-se uma alternativa bastante viável se compararmos com os valores verificados com o Cloreto Férrico, aplicado de forma individual, haja vista de que o valor ótimo atingido pelo mesmo foi de 0,8 ut. Já para os consórcios de PAC + Fécula de Batata, os resultados ótimos foram: 0,39 ut, 0,61 ut e 1,68 ut respectivamente para 75%, 50% e 25%. Esses resultados apresentam também, a grande diferença, em porcentagem, da eficiência do PAC quando empregado individualmente ( jarro branco ) e posteriormente com dosagem ótima da solução coagulante de Fécula de Batata, para os três consórcios (75, 50 e 25%). A seguir, dois gráficos são evidenciados para comprovar a eficiência obtida com os coagulantes e consórcios em questão. 144

5 A Fig. 6 indica a eficiência realizada pelos três coagulantes empregados separadamente. Dessa maneira, como já esperado, devido a sua composição em relação a outros coagulantes químicos, o Policloreto de Alumínio apresentou maior remoção de turbidez, cerca de 99%, além disso faz-se importante salientar que esse resultado excelente foi encontrado utilizando-se apenas 0,15 mg/l da solução coagulante de PAC (2 g/l). Em seguida, observa-se a eficiência do Cloreto Férrico de 97,7%, obtida com 10 mg/l da sua respectiva solução coagulante (2 g/l) e por fim verifica-se a eficiência da Fécula de Batata, em torno de 58%, utilizando-se para atingir esse resultado, uma concentração de 150 mg/l da solução coagulante de 20 g/l. Figura 6: Eficiência dos Coagulantes Cloreto Férrico, PAC e Fécula de Batata na Remoção da Turbidez redução de 50% do uso de coagulante primário. Dessa forma, além de reduzir gastos com a economia de coagulante sintético, produz-se um lodo com menor teor químico, e consequentemente de maior biodegradabilidade, como também traz benfeitorias para a saúde da população. V. CONCLUSÃO De acordo com os dados apresentados, é possível verificar que a Fécula de Batata é um polímero natural que utilizada separadamente, como um coagulante natural, não apresentou resultados economicamente satisfatório, nas condições experimentais que foram analisadas, uma vez que os resultados de eficiência de remoção da turbidez atingiu valor máximo da ordem de 58%. No entanto, ao analisarmos os consórcios desenvolvidos com Fécula de Batata como auxiliar para os coagulantes primários Cloreto Férrico e Policloreto de Alumínio, tem-se bons resultados, principalmente para os consórcios de Fécula de Batata com PAC, já que a eficiência de remoção da turbidez foi de 99% aproximadamente, além disso, os valores finais obtidos para turbidez (0,39, 0,61 e 1,68 ut respectivamente para os consórcios de 75, 50 e 25% de PAC + Fécula de Batata) encontram-se dentro dos limites permitidos pela legislação para a água decantada (pré-filtração). De modo geral, com base nos resultados verificados durante todo o experimento com a Fécula de Batata, concluise que a utilização desse coagulante orgânico associado com coagulantes sintéticos em estações de tratamento, em comparação com o uso exclusivo de coagulantes primários, é uma alternativa para o tratamento simplificado de água para a redução de custos. Além disso, pode oferecer a vantagem, principalmente, para pequenas comunidades e áreas com pouco acesso a água de qualidade, devido a grande redução de custos proporcionada pelos consórcios. O uso desse polímero natural traz benefícios não somente na questão econômica, mas também no que refere-se à saúde da população e questões relacionadas ao meio ambiente, pois propicia redução no uso de agentes químicos e sua posterior incorporação ao lodo de ETA. Outro aspecto positivo a ser considerado, é que nos ensaios realizados não foram necessárias a adição de outras substâncias químicas, tais como alcalinizantes ou acidificantes, para corrigir o ph. REFERÊNCIAS Figura 7: Eficiência dos Consócios de Cloreto Férrico e PAC + Fécula de Batata na Remoção da Turbidez Já em relação a Fig. 7, pode-se analisar que todos os consórcios apresentaram valores elevados para remoção de turbidez. No entanto, os valores obtidos para os consórcios de 25 e 50% com Cloreto Férrico + Fécula de Batata mostraramse técnicas inviáveis no tratamento de água, pois os valores verificados de turbidez foram superiores ao limite fixado por legislação, de 5 ut. Outro fator a ser analisado, é que a eficiência dos consórcios de PAC + Fécula de Batata são visivelmente mais eficientes, sendo que o consórcio de 50% merece destaque. Visto que, sua remoção de turbidez obtida foi de 0,61 ut, apresentando além de elevada eficiência, 1. BRAGA, B.; HESPANHOL, I.; CONEJO, J.G.L.; MIERZWA, JC.; BARROS, M.T.L.; SPENCER; M.; PORTO, M.; NUCCI, N.; JULIANO, N.; EIGER, S. Introdução à Engenharia Ambiental. 2ª Edição. São Paulo: Editora Afiliada MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE (MMA). Resolução CONAMA Nº 357, de 17 de Março de Disponível em: < Com acesso em: 29 de Junho de STROHER, A.P.; MENEZES, M.L.; PEREIRA, N.C.; BERGAMASCO, R. Utilização de coagulantes naturais no tratamento de efluente proveniente de lavagem de jeans. Universidade Estadual de Maringá. ENGEVISTA, v.15, n.3. p

6 4. STANDARD METHODS, For examination of Water and WasteWater, American Public Health Association APHA, 20ª Edition, Washington, D.C., RICHTER, C.A. Água: Métodos e Tecnologia de Tratamento. São Paulo: Editora Edgard Blucher Ltda BOTARI, A. Sedimentação. Notas de Aula SABESP - Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo. Qualidade da Água. Disponível em: < > Com acesso em: 01 de Agosto de