PROCESSO DE COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO COM TANINOS E SULFATO DE ALUMÍNIO PARA O TRATAMENTO DE LIXIVIADO DE ATERRO SANITÁRIO

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1 PROCESSO DE COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO COM TANINOS E SULFATO DE ALUMÍNIO PARA O TRATAMENTO DE LIXIVIADO DE ATERRO SANITÁRIO Carolina Becker da Silva a, Daiana Seibert b, Jessica Deuschle c, Júlia Bitencourt Welter d ; Jandira Leichtweis e a Universidade Federal da Fronteira Sul, caroluffs.becker@gmail.com; b Universidade Federal da Fronteira Sul, daiaseibert@hotmail.com; c Universidade Federal da Fronteira Sul, jessica_deuschle@hotmail.com, d Universidade Federal do Rio de Grande do Sul, juliabwelter@gmail.com; e Universidade Federal da Fronteira Sul, jandytweis@hotmail.com Introdução Atualmente, o crescimento populacional aliado ao desenvolvimento de novas tecnologias e hábitos de uma sociedade capitalista, vem provocando uma maior demanda de consumo de produtos, sendo esse um contribuinte no aumento da geração de resíduos. Em virtude disto, existe uma problemática devido à contaminação do meio ambiente que se torna cada vez mais evidente. Diante deste cenário, é cada vez mais importante o gerenciamento dos resíduos sólidos, que indica a melhor forma de manejo, descarte, tratamento e disposição adequada. A destinação final dos resíduos sólidos mais empregada é a disposição em aterros sanitários, devido a sua simplicidade conceitual e operacional e pelas vantagens ambientais e econômicas (Gewehr, 2012). No aterro sanitário, os resíduos orgânicos se decompõem gerando gases e líquidos. O lixiviado também conhecido como percolado ou chorume apresenta coloração escura e odor desagradável, sendo carregado pela água da chuva e pela própria umidade contida nos resíduos, posteriormente se transformando em uma matriz aquosa de extrema complexidade, apresentando em sua composição elevada carga orgânica (refratária e recalcitrante) e inorgânica, nas formas dissolvidas e coloidais. Além disso, pode conter compostos orgânicos, nitrogenados, sólidos em suspensão, metais pesados, compostos tóxicos, entre outros (Silva, 2009; Kawahigashi, 2012). Segundo Campos (2013), a recalcitrância do lixiviado está associada à presença de substâncias húmicas geradas a partir da decomposição de materiais orgânicos. Elas apresentam estruturas moleculares complexas, sendo assim de difícil biodegradabilidade. Além disso, tais substâncias húmicas são responsáveis pela cor parda do lixiviado (Segato & Silva, 2000). As substâncias húmicas são divididas em três classes de acordo com a sua solubilidade em um meio com diferentes tipos de ph: ácidos húmicos (AH), ácidos fúlvicos (AF) e huminas (HU) (Campos, 2013). Os lixiviados apresentam dificuldades quanto ao seu gerenciamento, devido à alta variabilidade de suas características, e por contar com a presença de compostos recalcitrantes de difícil tratamento (Kawahigashi, 2012). Entretanto, a alternativa do tratamento dependerá da área disponível, da viabilidade econômica e dos fatores climáticos do local. Existem diversos tipos de tratamentos para estabilizar o lixiviado, podendo-se citar os processos biológicos, físicos e químicos. Os processos físicoquímicos são a combinação dos processos físicos com os processos químicos. Eles auxiliam na remoção ou conversão de poluentes ocasionada pela adição de produtos químicos. São caracterizados pela remoção de sólidos em suspensão e coloidais, metais pesados e nutrientes, além de modificar a estrutura de compostos orgânicos persistentes, tornando-os acessíveis à degradação biológica. Dentre os processos físico-químicos destaca-se a coagulação/floculação utilizado para agregar coloides e partículas dissolvidas em flocos maiores, que podem ser facilmente sedimentados por gravidade e em seguida removidos. Esse processo tem como objetivo a remoção do material em suspensão, responsável pela turbidez das águas residuárias, redução da matéria orgânica que contribui para os índices de DBO e DQO presentes nestas águas, redução de bactérias, vírus e outros organismos patogênicos, igualmente como de algas e outros organismos planctônicos, eliminação parcial de substâncias responsáveis por gostos e cheiros, remoção parcial de fosfatos e metais pesados (Schmitt, 2011; Furlan, 2008). O coagulante tem a capacidade de produzir precipitados e espécies hidrolisadas no meio aquoso, desestabilizando as partículas suspensas presentes na água. O tipo de coagulante utilizado dependerá das características da água bruta, da eficiência do processo e da viabilidade econômica. Além disso, deve-se considerar a quantidade e as características do lodo gerado no tratamento (Libânio, 2010). Sendo assim, é necessária a realização de testes para determinar as dosagens ótimas no tratamento do efluente. Os coagulantes podem ser divididos em duas classes, os coagulantes inorgânicos e os coagulantes orgânicos (Vaz, 2009). Ao longo das décadas diversos coagulantes vem sendo utilizados, sendo que os sais de alumínio e ferro são amplamente empregados, já os polímeros orgânicos são utilizados como coagulantes primários no EUA e Japão (Libânio, 2010). Vaz (2009) cita como os principais agentes coagulantes o sulfato de alumínio e o cloreto férrico, amplamente utilizados devido ao seu baixo custo. Apesar disso, eles apresentam algumas desvantagens, tais como problemas de saúde gerados pelo alumínio residual em águas tratadas, grande volume de lodo, consumo da alcalinidade do meio, ocasionando custos adicionais com produtos químicos utilizados na correção do ph, principalmente no tratamento de água. Segundo Carvalho (2008) o Sulfato de Alumínio é o coagulante mais empregado, devido à excelente formação do floco, seu baixo custo e facilidade de transporte e de manuseio. Os flocos resultantes apresentam um lodo gelatinoso e volumoso e são basicamente de natureza inorgânica, assim sendo, o lodo não entra em decomposição biológica, isto é, não é biodegradável, dificultando sua disposição final (Santos Filho e Rita, 2002). Além disto, Piantá (2008) cita a toxicidade do alumínio sobre os peixes e invertebrados, já em relação à saúde humana ele traz a questão de que dependendo da dosagem de alumínio empregada pode estar relacionada a doenças de demência e coordenação motora, tais como Alzheimer, mal de Parkinson e Síndrome de Down, causada pela deficiência renal em filtrar os metais do sangue, que são levados até o cérebro. Assim como os sais de alumínio, os sais de ferro também são amplamente utilizados (Vaz, 2009). Eles reagem com os coloides carregados negativamente e proporcionam a geração de hidróxidos insolúveis de ferro.

2 Sendo assim, a baixa solubilidade dos hidróxidos formados permite que eles atuem em uma ampla faixa de ph, que vai de 5,0 a 11,0. (Pavanelli, 2001; Spinelli, 2001). Segundo Alves (2012) os problemas associados ao uso dos coagulantes inorgânicos à base de sais de ferro e alumínio originou o empenho de pesquisadores para procurar alternativas ao uso destes coagulantes. Em meio a essas alternativas descobriu-se o uso de coagulantes naturais, também chamados de polímeros naturais ou biopolímeros. Confrontado com coagulantes químicos convencionais, os biopolímeros são seguros e biodegradáveis, e não causam nenhuma poluição secundária. Eles podem ter várias aplicações que incluem uso em alimentos até processos de tratamento de águas residuais e de abastecimento. Os biopolímeros são de ampla importância, uma vez que são produtos naturais e na sua grande maioria são economicamente viáveis, além disso, são caracterizados por não produzirem impactos negativos ao meio ambiente (Schmitt, 2011). De acordo com Vaz 29 (2009), alguns biopolímeros estão sendo investigados mais intensamente que outros, como é o caso da Moringa oleifera e dos taninos. Os taninos podem ser extraídos de diversas partes do vegetal, tais como, madeira, casca, frutos e sementes. São moléculas fenólicas, que conseguem formar complexos com proteínas e outras macromoléculas e minerais (Nagashima, 2009). Um dos coagulantes a base de tanino é o Tanfloc, que é gerado a partir do uso da casca da Acácia Negra (Acacia mearnsii), uma espécie exótica da Austrália, que se adaptou facilmente no clima da região sul do Brasil, principalmente no estado Rio Grande do Sul, onde o tanino já é produzido por indústrias e comercializado por algumas empresas (Bassani, 2010). Neste contexto, o presente trabalho teve como principal objetivo o tratamento do lixiviado gerado no aterro sanitário localizado na região noroeste do RS, por meio do processo de coagulação/floculação, utilizando como coagulantes naturais o Tanfloc SG e o Tanfloc SL, e como coagulante inorgânico o sulfato de alumínio, tendo como variáveis resposta a redução de cor, turbidez, compostos aromáticos e os sólidos sedimentáveis em diferentes concentrações de coagulantes e com variações dos valores de ph. Materiais e métodos As amostras de lixiviado foram coletadas em uma Central Regional de Tratamento de Resíduos Sólidos Urbanos, localizada no noroeste do estado do Rio Grande do Sul, Brasil. O chorume resultante do processo de disposição dos resíduos, percola até os drenos de onde é direcionado para um sistema de tratamento de efluentes baseado na nano-filtração e osmose reversa. Foram realizadas soluções padrões de coagulantes de acordo com Vaz (2009). Dissolveu-se 10 g do coagulante em água destilada e completou-se o volume para 1 L, para obter-se a solução padrão com concentração de 1 %. Os ensaios de coagulação/floculação foram realizados no equipamento de Jar-Test (PoliControl, Floc Control), composto de 6 reatores (jarros) com capacidade de 2 L cada reator, conforme apresentado na Figura 1. A realização dos ensaios de coagulação/floculação, tiveram como finalidade a determinação do melhor ph e melhor dosagem de coagulante, atingindo as condições para a otimização dos parâmetros de tratabilidade para o efluente em estudo. Os ensaios iniciais foram realizados objetivando investigar a dosagem ótima de coagulante, sendo testadas diferentes concentrações dos coagulantes: Sulfato de Alumínio, Tanfloc SG e Tanfloc SL. Após a determinação da dosagem ótima de coagulante, foram realizados novos ensaios de coagulação/floculação, para encontrar o valor de ph ótimo, mantendo-se fixa a melhor concentração em todos os jarros. As amostras foram retiradas nos cones Imhoff 100 ml abaixo do nível do efluente. O reator de menor valor de coloração foi adotado como o de dosagem ótima de coagulante e melhor valor de ph. Figura 1. Etapas do procedimento experimental. A seguir, na Tabela 1 são apresentados os tipos e as concentrações de coagulantes e as condições operacionais, tais como, o gradiente de mistura rápida (GMR), gradiente de mistura lenta (GML), tempo de mistura rápida (TMR), tempo de mistura lenta (TML) e o tempo de sedimentação (TS) utilizadas no processo de coagulação/floculação.

3 Tabela 1. Tipo de coagulante, concentrações e condições operacionais usados no tratamento de lixiviado. Tipo de coagulante Condições operacionais Concentrações Testadas Sulfato de Alumínio ph :5,0 a 10,0 GMR: 150 rpm TMR: 5 minutos GML: 15 rpm TML:15 minutos TS: 1horas 750, 900, 1050, 1200, 1350, 1500 mgl -1 Tanfloc SL ph :4,0 a 10,0 GMR: 120 rpm TMR: 20 segundos GML: 45 rpm TML:20 minutos TS: 1horas Fonte: Elaborado pelo autor. 750, 900, 1050, 1200, 1350, 1500, 1800, 1950, 2100, 2250, 2400 mgl -1 Resultados e discussão Foram comparados os resultados mais significativos para remoção da cor, turbidez e dos compostos aromáticos simples, empregando-se os diferentes coagulantes investigados. Quanto às remoções de turbidez (Figura 2), para os diferentes tipos de coagulantes, com dosagem ótima e valor de ph ótimo para cada coagulante testado, observou-se que o Tanfloc SG com concentração de 3050 mg L -1 apresentou melhores resultados. No entanto, para a maioria dos testes realizados a turbidez elevou-se. Segundo Cavazzana et al. (2008), a água bruta com baixa turbidez apresenta dificuldades quanto ao tratamento, pois não há formação de lodo. Em muitos casos, para realizar o tratamento de maneira mais eficiente, a turbidez é elevada para a posterior remoção. Sendo assim, possivelmente o efluente em estudo, que apresenta cor elevada e uma turbidez baixa, tem dificuldades na floculação devido à falta de partículas maiores que possibilitem a aglomeração, tornando os flocos pequenos e com baixa velocidade de sedimentação. Deste modo, provavelmente os sólidos em suspensão responsáveis pela turbidez não sedimentam, causando um aumento na turbidez. Outro fator que pode ter contribuído para o aumento da turbidez é o GMR. De acordo com Hameed et al., (2016) se a velocidade não for suficiente para formar grandes flocos, a turbidez é elevada. Os autores também apontaram que uma super dosagem de coagulante pode gerar um aumento da turbidez, isto pode ser atribuído à inversão da superfície da partícula, causando a reestabilização das mesmas que, por sua vez, diminui a eficiência do tratamento (Lee et al., 2012). Figura 2. Perfis de investigação da turbidez empregando Sulfato de Alumínio (750 mg L -1 ), Tanfloc SG (3050 mg L -1 e Tanfloc SL (1500 mg L -1 ) em diferentes valores de ph da solução. Os perfis de remoção dos compostos aromáticos (Figura 3) com emprego dos coagulantes em dosagem e ph otimizados, permitiram observar que o Tanfloc SG em concentração de 3050 mg L -1 apresentou maiores valores de remoção. Sendo assim, é possível associar que para este coagulante a remoção de compostos orgânicos também é maior. Além disso, valores de ph ácidos são mais eficientes na remoção destes compostos, possivelmente pela precipitação dos mesmos.

4 Figura 3. Perfis de investigação de compostos aromáticos empregando: Sulfato de Alumínio (750 mg L -1 ), Tanfloc SG (3050 mg L - 1 e Tanfloc SL (1500 mg L -1 ) em diferentes valores de ph da solução. Quanto às remoções de cor (Figura 4) com a dosagem ótima dos coagulantes e do ph, o coagulante que apresentou os resultados mais significativos também foi o Tanfloc SG, em concentração de 3050 mg L -1. A cor está ligada ao grau de redução de intensidade que a luz sofre ao atravessá-la e esta diminuição se dá por absorção de parte da radiação eletromagnética devido à presença de sólidos dissolvidos, principalmente os materiais em estado coloidal orgânico e inorgânico (Nagashima, 2009). Sendo assim, o processo de coagulação/floculação se mostrou eficiente na desestabilização e aglomeração das partículas coloidais. Haja vista que as substâncias húmicas conferem coloração ao lixiviado (Segato & Silva, 2000), e que a coloração foi reduzida, pode-se dizer que ocorreu a remoção destas substâncias. Além disso, é possível observar que a redução da cor está associada aos valores de ph, sendo os valores de ph ácidos os que apresentaram melhor eficiência. Possivelmente isso ocorre devido à precipitação de compostos presentes no LAS. Figura 4 Perfis de investigação da cor empregando: Sulfato de Alumínio (750 mg L -1 ), Tanfloc SG (3050 mg L -1 e Tanfloc SL (1500 mg L -1 ) em diferentes valores de ph da solução. Analisando a Figura 5, percebe-se a redução na coloração do lixiviado de aterro sanitário, com utilização do coagulante Tanfloc SG em concentração de 3050 mg L -1. Além disso, nota-se elevada formação de lodo, no entanto, este lodo não apresentou boa sedimentação, provavelmente devido ao peso das partículas que ainda são pequenas e apresentam baixa velocidade de sedimentação.

5 Figura 5. Esquerda) Amostras do lixiviado após o tratamento, com concentração de 3050 mg L -1 de Tanfloc SG e valores de ph variando entre 5,0 a 8,0.; Direita) Amostras do lixiviado nos cones Imhoff após o tratamento, com concentração de 3050 mg L -1 de Tanfloc SG e valores de ph variando entre 5,0 a 8,0. Conclusões O LAS é uma matriz complexa exigindo um tratamento diferenciado, o que muitas vezes implica na aplicação de diversas técnicas para realizar o tratamento. O processo de coagulação/floculação pode ser utilizado para melhorar alguns parâmetros, tais como a cor e a turbidez. Além disso, o uso de coagulantes orgânicos traz algumas vantagens em relações aos coagulantes inorgânicos, como o fato de que são biodegradáveis, não apresentando dificuldades quanto a sua disposição final. Ainda, os coagulantes a base de alumínio podem causar a toxicidade em peixes e invertebrados e contribuir para doenças de demência e coordenação motora, tais como Alzheimer, mal de Parkinson e Síndrome de Down. O Sulfato de Alumínio apresentou porcentagem de remoção da cor de 71,82% com valor de ph da solução 6,0 e com concentração de coagulante de 750 mg L -1. O Tanfloc SG proporcionou redução da cor de 80,10% em ph 6,0 com concentração de 3050 mg L -1 de coagulante. Já o Tanfloc SL proporcionou redução de 58,28 % da cor, com concentração de 1500 mg L -1 com ph 6,0 da solução. Portanto, conclui-se que o coagulante natural Tanfloc SG apresentou melhor eficiência na remoção da cor para o tratamento do concentrado de lixiviado do aterro sanitário. Sendo assim, é possível indicar este coagulante para ser empregado como parte do processo no tratamento do lixiviado concentrado do aterro sanitário de Giruá - RS. Contudo, recomenda-se o uso de tratamentos adicionais para remoção de substâncias recalcitrantes, tais como processos oxidativos avançados. Referências Bibliográficas ALVES, A. C. D Estudo da eficiência do processo de coagulação/floculação e do processo combinado de coagulação/floculação/adsorção para tratamento de águas residuárias de galvanoplastia utilizando Moringa Oleífera. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química), Universidade Estadual do Oeste do Paraná. BASSANI, F Monitoramento do lixiviado do aterro controlado de Maringá, Paraná, e avaliação da tratabilidade com coagulantes naturais, radiação ultravioleta (UV) e ozônio. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química). Universidade Estadual de Maringá. CAMPOS, R Estudo de tratabilidade de ácidos húmicos e lixiviado de aterro sanitário por lodos ativados em escala de bancada. Dissertação (Mestrado em Ciências, Programa de Engenharia Hidráulica e Saneamento) - Universidade de São Paulo, São Carlos.. CARVALHO, M. J. H Uso de coagulantes naturais no processo de obtenção de água potável. Dissertação (Mestrado em Engenharia Urbana) - Universidade Estadual de Maringá, Maringá. CAVAZZANA, T. L.; MATSUMOTO, T.; LIBÂNIO, M Avaliação da floco-decantação de manta de lodo associada à decantação de alta taxa no tratamento de águas de consumo humano. Engenharia Sanitária e Ambiental, p FURLAN, F R. Avaliação da eficiência do processo de coagulaçãofloculação e adsorção no tratamento de efluentes têxteis. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química), Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis, SC. GEWEHR, A. G Tratamento por coagulação-floculação de lixiviado bruto de aterro sanitário com e sem pré-tratamento biológico em reator sequencial em batelada. Dissertação (Mestrado). Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre, HAMEED, Y. T., IDRIS, A., HUSSAIN, S. A., ABDULLAH, N A tannin-based agent for coagulation and flocculation of municipal wastewater: Chemical composition, performance assessment compared to Polyaluminum chloride, and application in a pilot plant. Journal of Environmental Management.184, KAWAHIGASHI, F Aplicabilidade do pós-tratamento de lixiviado de aterro sanitário por adsorção em carvão ativado granular e avaliação ecotoxicológica p. Dissertação (Mestrado em Engenharia)- Universidade Estadual de Londrina, Paraná. LEE, K. E., MORAD, N., TENG, T. T., POH, B. T Development, characterization and the application of hybrid materials in coagulation/flocculation of wastewater: A review. Chemical Engineering Journal, 203,

6 LIBÂNIO, M Fundamentos de qualidade e tratamento de água. Ed. Átomo. 3º Ed. MÁXIMO, V.A Tratamento por coagulação dos lixiviados do aterro sanitária da região metropolitana de Florianópolis. 186 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental)- Universidade de Santa Catarina, Florianópolis. PAVANELLI, G Eficiência de diferentes tipos de coagulantes na coagulação, floculação e sedimentação de água com cor e turbidez elevada. São Carlos. Escola de Engenharia de São Carlos, São Carlos, SP. Dissertação (Mestrado). PIANTÁ, C. A. V Emprego de coagulantes orgânicos naturais como alternativa ao uso do Sulfato de Alumíniono tratamento de água. Projeto de pesquisa Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre. SANTOS FILHO, J. D.; RITA, E. S. S Gerenciamento do Resíduo Gerado na Clarificação de Água da RLAM. Salvador. SCHMITT, D. F Tratamento de águas residuárias da indústria de latícionios pelos processos combinados coagulação/floculação/adsorção/ultrafiltração utilizando a semente de moringa oleífera como coagulante. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) Universidade Estadual do Oeste do Paraná. SEGATO, L. M., SILVA, C. L Caracterização do Lixiviado do Aterro Sanitário de Bauru. XXVII Congresso Interamericano de Engenharia Sanitária e Ambiental ABES. Porto Alegre, RS. SPINELLI, V. A Quitosana: Polieletrólito Natural para o Tratamento de Água Potável. Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal de Santa Catarina UFSC, Florianópolis SC. Dissertação (Mestrado). VAZ, L. G. DE L Processo de coagulação/ floculação no tratamento de efluentes de galvanoplastia. Toledo: Departamento de Engenharia Química, Universidade Estadual do Oeste do Paraná. 98 p. Dissertação (Mestrado). YAMAGUCHI, T. E. S Aplicação de coagulantes naturais no tratamento de lixiviado de resíduos sólidos. Presidente Prudente: Departamento de Planejamento, Urbanismo e Ambiente, Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho.