pavanelli+g (1)

7/26/2019 Pavanelli+G (1)

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EFICINCIA DE DIFERENTES TIPOSDE COAGULANTES NA

COAGULAO, FLOCULAO ESEDIMENTAO DE GUA COM COR

OU TURBIDEZ ELEVADA

Gerson Pavanelli

Dissertao apresentada Escola deEngenharia de So Carlos da Universidadede So Paulo, como parte dos requisitos

para obteno do ttulo de Mestre emHidrulica e Saneamento

ORIENTADOR: Prof. Dr. Luiz Di Bernardo

So Carlos2001


2/233

Pavanelli, Gerson

P337e Eficincia de diferentes tipos de coagulantes nacoagulao, floculao e sedimentao de gua com corou turbidez elevada / Gerson Pavanelli. - So Carlos,2001.

Dissertao (Mestrado) - Escola de Engenharia deSo Carlos-Universidade de So Paulo, 2001. rea: Hidrulica e Saneamento. Orientador: Prof. Dr. Luiz Di Bernardo.

1.Coagulao. 2. Floculao. 3. Sedimentao.4. Tratamento de gua. 5. Custo de produtos qumicos.I. Ttulo.


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minha famlia,

minha querida esposa Liliane, meus

filhos Alisson, Everton e Bianca, pelo

apoio e companheirismo ao longo do

curso.


4/233

AGRADECIMENTOS

A Deus, em primeiro lugar, pela vida, sade, pelo Seu encaminhamento em todas as

coisas, desde o incio e durante este mestrado, e certamente at sua concluso.

Aos amigos da SANEPAR, Wagner Schuchardt, Sergio Wippel, Dcio Jurgensen,

Afonso Marangoni, Edgar Faust Filho, Nelson Mller Junior, Lauro Klas Junior que, graas

ao empenho em conseguir patrocnio, tornaram esse mestrado uma realidade.

Ao Professor Dr. Luiz Di Bernardo, por sua instruo e orientao para que este

trabalho fosse encaminhado da melhor forma possvel, bem como por contribuir na parte

experimental com fornecimento de equipamentos e material de consumo, sem os quais a

pesquisa no teria sucesso.

Aos professores do Departamento de Hidrulica e Saneamento da EESC/USP, pela

amizade e conhecimento demonstrados. Aos funcionrios da secretaria que sempre atendem

aos alunos com nimo e disposio na prestao de servios.

Aos tcnicos do Laboratrio de Saneamento, grande Jlio, Paulo, Chico e Cidinha,

pela pronta ajuda prestada no desenvolvimento das atividades da parte experimental.

A Liliane, pelo carinho, amizade, companhia e apoio nos tantos momentos difceis

surgidos, a qual no mediu esforos para dar sua contribuio como esposa.

Aos verdadeiros amigos do curso de Hidrulica e Saneamento da USP, os quais

ofereceram uma das coisas mais preciosas nesta vida: a amizade.

Certamente esqueci de citar nomes de muitos que ajudaram neste trabalho de

equipe, mas agradeo sinceramente a todos aqueles que direta ou mesmo indiretamentecontriburam para seu xito.


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i

SUMRIO

LISTA DE FIGURAS..................................................................................................i

LISTA DE TABELAS................................................................................................v

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS............................................................viii

LISTA DE SMBOLOS.............................................................................................ix

RESUMO.....................................................................................................................x

ABSTRACT................................................................................................................xi

1 INTRODUO........................................................................................................1

2 OBJETIVOS.............................................................................................................3

3 REVISO DA LITERATURA...............................................................................4

4 MATERIAIS E MTODOS.................................................................................40

5 RESULTADOS E DISCUSSO...........................................................................50

6 CONCLUSES E RECOMENDAES............................................................88

ANEXO A Ensaios SA gua I...........................................................................92

ANEXO B Ensaios CF gua I.........................................................................105

ANEXO C Ensaios HCA gua I......................................................................123

ANEXO D Ensaios SF gua I..........................................................................135

ANEXO E Ensaios SA gua II........................................................................149

ANEXO F Ensaios CF gua II........................................................................164


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ii

ANEXO G Ensaios HCA gua II....................................................................180

ANEXO H Ensaios SF gua II........................................................................194

7 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS...............................................................213


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iii

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 3.1 - Distribuio dos tamanhos das partculas presentes na gua..............5

FIGURA 3.2 - Cargas superficiais da partcula de caulinita.......................................7

FIGURA 3.3 - Constituintes do sistema cido carbnico em funo do pH com

presso de 1 atm e temperatura de 25C.......................................................................9

FIGURA 3.4 - Configurao esquemtica da dupla camada eltrica.......................11

FIGURA 3.5 - Energia potencial de interao entre as partculas coloidais.............12

FIGURA 3.6 - Diagrama de coagulao (tpico)......................................................16

FIGURA 3.7 - Classificao das Tecnologias de Tratamento..................................18

FIGURA 3.8 - Regies de remoo de turbidez (200uT), cor verdadeira (5uC), com

sulfato de alumnio......................................................................................................20

FIGURA 3.9 - Regies de remoo de Cor Verdadeira (100uC), Turbidez (0uT)com Sulfato de Alumnio............................................................................................21

FIGURA 3.10 - Regies de remoo de Cor Verdadeira (100uC), Turbidez (27-

30uT) com Sulfato de Alumnio.................................................................................22


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iv

FIGURA 3.11 - Regies de remoo de Cor Verdadeira (100uC), Turbidez (5uT)

com Sulfato de Alumnio............................................................................................23

FIGURA 3.12 - Regies com Porcentagem da Cor Aparente Remanescente com

Coagulante Sulfato de Alumnio e Velocidade de Sedimentao 2 cm/min, sendo as

caractersticas da gua bruta: Cor Verdadeira (100uC), Cor Aparente (150uC),

Turbidez (5uT)............................................................................................................25

FIGURA 3.13 - Regies com Turbidez Remanescente com Turbidez (25uT), Cor

Aparente (150uC), Cor Verdadeira (70uC), Coagulante Sulfato de Alumnio eVelocidade de Sedimentao 2,5cm/min....................................................................27

FIGURA 3.14 - Frao Remanescente da Turbidez em Funo do Tempo de

Floculao e Respectivos Gradientes de Velocidade timos - Coagulante Sulfato de

Alumnio (20mg/l; pH=6,32; Gmr=400s-1; Tmr=5s e Velocidade de Sedimentao

2,5cm/min)..................................................................................................................29

FIGURA 3.15 - Frao Remanescente da Turbidez em Funo do Tempo de

Floculao e Respectivos Gradientes de Velocidade timos - Coagulante Sulfato de

Alumnio (25mg/l; pH=6,3; Gmr=400s-1; Tmr=15s e Velocidade de Sedimentao

2,5cm/min)..................................................................................................................29

FIGURA 3.16 - Diagrama de Equilbrio Heterogneos do Al(OH)3.........................33

FIGURA 3.17 - Diagrama de Equilbrio Heterogneos do Fe(OH)3.........................36

FIGURA 4.1 - Fotografia do Reator Esttico...........................................................41

FIGURA 4.2 - Fotografia do Agitador para Caulinita..............................................41

FIGURA 4.3 - Fotografia do Reator Esttico, pHmetro e Turbidmetro..................42


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v

FIGURA 5.1 - Grfico com Valores de pH versus Dosagem do Coagulante Sulfato

de Alumnio - gua I - Turbidez de 100uT - Vs=4cm/min........................................53


de Alumnio - gua I - Turbidez de 100uT - Vs=2cm/min........................................54

FIGURA 5.3 - Grfico com Valores de pH versus Dosagem do Coagulante Cloreto

Frrico - gua I - Turbidez de 100uT - Vs=4cm/min................................................57

FIGURA 5.4 - Grfico com Valores de pH versus Dosagem do Coagulante CloretoFrrico - gua I - Turbidez de 100uT - Vs=2cm/min................................................58

FIGURA 5.5 - Grfico com Valores de pH versus Dosagem do Coagulante

Hidroxicloreto de Alumnio - gua I - Turbidez de 100uT -

Vs=4cm/min................................................................................................................61


Hidroxicloreto de Alumnio - gua I - Turbidez de 100uT -

Vs=2cm/min................................................................................................................62






de Alumnio - gua II - Cor Verdadeira de 100uC -

Vs=2cm/min................................................................................................................70


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vi


de Alumnio - gua II - Cor Verdadeira de 100uT -

Vs=1cm/min................................................................................................................71


Frrico - gua II - Cor Verdadeira de 100uC -

Vs=2cm/min................................................................................................................74


Frrico - gua II - Cor Verdadeira de 100uT -Vs=1cm/min................................................................................................................75


Hidroxicloreto de Alumnio - gua II - Cor Verdadeira de 100uC -

Vs=2cm/min................................................................................................................78


Hidroxicloreto de Alumnio - gua II - Cor Verdadeira de 100uT -

Vs=1cm/min................................................................................................................79


Frrico - gua II - Cor Verdadeira de 100uC -

Vs=2cm/min................................................................................................................82


Frrico - gua II - Cor Verdadeira de 100uT -

Vs=1cm/min................................................................................................................83


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vii

LISTA DE TABELAS

TABELA 3.1 - Classificao das substncias hmicas...............................................7

TABELA 3.2 - Parmetros adotado em outros estudos.............................................26

TABELA 3.3 - Composio fsico-qumica do sulfato de alumnio lquido.............30

TABELA 3.4 - Propriedades e especificaes do cloreto frrico..............................34

TABELA 3.5 - Caractersticas e especificaes do hidrxido de alumnio...............37

TABELA 3.6 - Composio de metais pesados do hidrxido de alumnio...............38

TABELA 3.7 - Composio qumica e fsica do sulfato frrico................................39

TABELA 4.1 - Caractersticas das guas de estudo Tipo I e II.................................45

TABELA 4.2 - Parmetros Fsicos da pesquisa para as guas de estudo..................48


12/233

viii

TABELA 4.3 - Parmetros Monitorados...................................................................49

TABELA 5.1 Regies dos Diagramas de Coagulao com Sulfato de Alumnio e

Valores de Turbidez Remanescente gua Tipo I.......................................................52

TABELA 5.2 Regies dos Diagramas de Coagulao com Cloreto Frrico e


TABELA 5.3 Regies dos Diagramas de Coagulao com Hidroxicloreto de

Alumnio e Valores de Turbidez Remanescente gua Tipo I....................................60

TABELA 5.4 Regies dos Diagramas de Coagulao com Sulfato Frrico e


TABELA 5.5 Regies dos Diagramas de Coagulao com Sulfato de Alumnio e

Valores de Turbidez Remanescente gua Tipo II......................................................69

TABELA 5.6 Regies dos Diagramas de Coagulao com Cloreto Frrico e


TABELA 5.7 Regies dos Diagramas de Coagulao com Hidroxicloreto de

Alumnio e Valores de Turbidez Remanescente gua Tipo II...................................77


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ix

TABELA 5.8 Regies dos Diagramas de Coagulao com Sulfato Frrico e


TABELA 5.9 - Preos dos Coagulantes e Alcalinizante...........................................84

TABELA 5.10 - Composio de Custos para gua Tipo I com Vs=4cm/min............85

TABELA 5.11 - Composio de Custos para gua Tipo I com Vs=2cm/min............85

TABELA 5.12 - Composio de Custos para gua Tipo II com Vs=2cm/min..........86

TABELA 5.13 - Composio de Custos para gua Tipo II com Vs=1cm/min..........86

TABELA 6.1 Intervalos de pH timos para gua tipo I..........................................89

TABELA 6.2 Intervalos de pH timos para gua tipo II.........................................89


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x

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

AWWA - American Water Works Association

DBO - Demanda Bioqumica de Oxignio

EESC - Escola de Engenharia de So Carlos

ETA - Estao de Tratamento de gua

PE - Poli Estireno

PM - Peso Molecular

PP - Poli Propileno

PTFE - Poli Tetra Fluoroetileno (Teflon)

PVC - Cloreto de Polivinila

ST - Standard Methods

THM - Trialometanos

USP - Universidade de So Paulo

CEPIS - Centro Panamericano de Ingeniara Sanitria y Cincias DelAmbiente

SANEPAR - Companhia de Saneamento do Paran

AS - Sulfato de Alumnio

CF - Cloreto Frrico

HCL - Hidroxicloreto de AlumnioSF - Sulfato Frrico


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xi

LISTA DE SMBOLOS

C - Grau Celsius

G - Gradiente de velocidade (s-1)

Gf - Gradiente de velocidade mdio na floculao (s-1)

Gmr - Gradiente de velocidade mdio na mistura rpida (s-1)

Gm - Gradiente mdio (s-1)

pH - Potencial hidrogeninico

N - Normal

T - Perodo de tempo (min)

Tf - Tempo mdio de floculao (min)

Tmr - Tempo mdio de mistura rpida (s)

Ts - Tempo mdio de sedimentao (min)

uC - Unidade de cor

uT - Unidade de turbidez

Vs - Velocidade de sedimentao (cm/min)


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xii

RESUMO

PAVANELLI, G. (2001). Eficincia de diferentes tipos de coagulantes na coagulao,floculao e sedimentao de gua com cor ou turbidez elevada. So Carlos, 2001. 216p.Dissertao (Mestrado) Escola de Engenharia de So Carlos, Universidade de So Paulo.

A proposta deste trabalho foi utilizar quatro diferentes coagulantes - sulfato de

alumnio, cloreto frrico, hidroxicloreto de alumnio e sulfato frrico; construir os diagramas

de coagulao; e assinalar as regies de maior ou menor eficincia de remoo de turbidez

ou de cor.

Para permitir uma avaliao de custos na utilizao dos coagulantes, observou-se nos

diagramas a regio onde os valores de turbidez remanescente so aproximadamente iguaispara diferentes coagulantes. Com essa considerao, foi estabelecida a relao entre

consumo e custo dos produtos qumicos utilizados.

Os coagulantes que apresentaram particularidades para as guas estudadas foram: o

cloreto frrico que mostrou melhor desempenho para valores de pH baixos; o sulfato frrico

que mostrou-se mais econmico; e o hidroxicloreto de alumnio que atua numa grande faixa

de pH.

Na concluso dos estudos, verifica-se que cada gua a ser tratada deve ser analisada

atravs de diagramas de coagulao, visando a otimizao dos parmetros de pH versusdosagens e buscando o melhor coagulante pelo menor custo.

Palavras-chave: coagulao, floculao, sedimentao, tratamento de gua, custo de produtos

qumicos.


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xiii

ABSTRACT

PAVANELLI, G. (2001). Efficiency of different types of coagulants in the coagulation,flocculation and sedimentation of water with high turbidity or color. So Carlos, 2001. 216p.Dissertao (Mestrado) Escola de Engenharia de So Carlos, Universidade de So Paulo.

The purpose of this study was to use four different coagulants - aluminum sulphate,

iron chloride, polyaluminum hidroxichloride and ferric sulphate; to build the coagulation

diagrams; and to mark the regions of higher or lower efficiency in the removal of turbidity or

color.

To allow a cost appraisal in the use of the coagulants, the region where the values of

remaining turbidity, which are approximately the same for different coagulants, wasexamined in the diagrams. This being taken into consideration, the relation between

consumption and cost of the chemical products was established.

The coagulants that presented certain peculiarities for the studied waters were: iron

chloride, that showed better performance for low pH values; the ferric sulphate, that showed

itself as more economical; and the polyaluminum hidroxichloride, that functions in a large

interval of pH.

In the conclusion of the study, it was observed that each type of water to be treated

must be analyzed through coagulation diagrams, aiming at the optimization of pH parameters

versus dosages and looking for the best coagulant with lower cost.

Key words: coagulation, flocculation, sedimentation, water treatment, costs of chemical

products.


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1

1. INTRODUO

Em nosso planeta existe uma limitao da disponibilidade de gua doce, tanto que

defensores do meio ambiente (ambientalistas), verificando o balano global da terra,

teoricamente comprovaram que, ainda neste sculo (XXI !ano 2070), ocorrer a escassezde gua doce para consumo humano.

Atualmente, verifica-se a degradao da natureza de forma indiscriminada, pelo controle

precrio dos lanamentos de resduos nos rios. Alm disso, a mata ciliar est sendo

substituda por plantaes agrcolas, visando a ampliao da rea de cultivo e

conseqentemente o aumento do lucro. Este procedimento, dentre outros grandes prejuzos

ambientais, gera um aumento significativo da turbidez dos cursos dgua. Alm de mais

turva, a qualidade da gua dos rios torna-se cada vez pior, com maior variedade decomponentes qumicos, fsicos e biolgicos, dificultando e encarecendo seu tratamento.

fundamental que cientistas da rea de saneamento se envolvam com esta gama de variveis

que influenciam diretamente a qualidade da gua, propiciando seu efetivo tratamento para o

consumo direto e indireto dos seres humanos. em tal contexto que esse projeto de pesquisa

se insere.

Um dos primeiros passos no processo de tratamento da gua do manancial, na entrada de

gua bruta de uma ETA (Estao de Tratamento de gua), acoagulao qumica. Dada a

importncia da coagulao na ETA, tornam-se imprescindveis estudos mais aprofundados

sobre os diversos tipos de coagulantes. Caso esta etapa de coagulao no tenha xito, todas

as demais estaro prejudicadas, a ponto de, em certas situaes, obrigar o descarte de toda a

gua efluente da ETA por estar fora dos padres de potabilidade. A coagulao consiste em

adicionar o composto qumico (coagulante) ao afluente de gua bruta na ETA e, no mesmo

instante, promover, por meio de mistura rpida hidrulica ou mecnica, a homogeneizao

da mistura.


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2

Este trabalho visa investigar a eficincia de alguns tipos de coagulantes aplicados ao

tratamento convencional de gua, reiterando que de suma importncia a atuao eficaz do

coagulante qumico que exerce influncia direta em todas as etapas posteriores do tratamentoda gua. Foram utilizados os seguintes tipos de coagulantes:Sulfato de Alumnio, Cloreto

Frrico, Hidrxicloreto de Alumnio e Sulfato Frrico, sendo estes os principais

coagulantes disponveis no mercado para tratamento de gua.

Nestes experimentos foram determinados alguns parmetros da coagulao qumica, pois

estes definem a melhor ou pior qualidade da gua tratada, e foi realizada uma comparao

dos custos dos compostos qumicos utilizados. Para cada coagulante qumico foi obedecida a

metodologia descrita posteriormente, e obtidos parmetros de dosagem otimizadosatravs do diagrama de coagulao para dois tipos de gua. No estudo foram utilizadas

guas do poo da EESC-USP s quais foram acrescentados caulinita e cido hmico para

obteno de turbidez e cor elevadas, respectivamente.


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3

2. OBJETIVOS

Os objetivos de pesquisa foram os seguintes:

Obter dosagens adequadas dos seguintes tipos de coagulantes: Sulfato de Alumnio,Cloreto Frrico, Hidrxicloreto de Alumnio e Sulfato Frrico, visando obteno das

condies otimizadas de coagulao no mecanismo da varredura para guas com

turbidez elevada ou com cor elevada.

Efetuar comparao de custos dos diferentes coagulantes.


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4

3. REVISO DA LITERATURA

3.1.INTRODUO

A necessidade de consumo de gua potvel para os seres humanos vital para suasobrevivncia. Segundo AZEVEDO NETTO (1990), devido pequena quantidade que pode

ser diretamente aproveitada somente 0,3%, sendo a maior parte subterrnea ainda

assim ela no apropriada para o consumo humano, tornando-se necessrio retirar suas

impurezas, adequando-a aos padres de potabilidade.

Tais impurezas em geral so retiradas no processo de coagulao seguido pelas operaes de

floculao, sedimentao (ou flotao) e filtrao.

3.2.IMPUREZAS DA GUA

As impurezas encontradas nas guas superficiais so as seguintes: slidos dissolvidos em

forma ionizada, gases dissolvidos, compostos orgnicos dissolvidos e matria em suspenso,

tais como, microrganismos (bactrias, algas e fungos) e colides. A maioria destas impurezas

apresenta cargas negativas em suas superfcies, repelindo-se umas s outras, mantendo-se em

suspenso estvel por longos perodos de tempo. Tais partculas apresentam-se em tamanhos

de diversas ordens de grandeza, conforme FIGURA 3.1.

A gua um meio de transporte para diversas doenas. Segundo Di Bernardo (1999),

conforme notas de aula, podem existir microrganismos na gua em forma de esprios1 que

resistem desinfeco por longo tempo de contato, dificultando assim sua eliminao.

1Segundo o Novo Dicionrio Aurlio, a grafia preconizada pelo Vocabulrio Ortogrfico de 1943 esprio., embora tambm possamos encontrar esporo.


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5

FIGURA 3.1 Distribuio do tamanho das partculas presentes na gua CEPIS (1973).

As partculas deSuspensestm tamanhos que variam de 10-3mm a 10-1mm, de forma que,

por meio de sedimentao ou flotao, consegue-se a separao das fases lquida/slida em

tempo razovel (na prtica, em torno de uma hora).

A faixa em forma de retngulo hachurada na FIGURA 3.1 corresponde s disperses

coloidaisnas quais pode atuar a coagulao qumica. Nesta faixa, as partculas tm tamanho

de ...10-6 mm a 10-3 mm e alguns zooplnctons, j pertencentes s suspenses, tm dimetro

de aproximadamente 10-2mm. (AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION-AWWA,

1990, Cap. 6, p. 270). Essas partculas, devido ao tamanho reduzido, levariam um tempo

muito longo para sedimentar, impossibilitando sua remoo somente por sedimentao. Por

meio de produtos qumicos (sais de ferro e alumnio), pode-se promover a unio destas

partculas, adicionando-se o produto qumico (denominado coagulante) na gua bruta, e

rapidamente procurando-se homogeneizar a mistura mecnica ou hidraulicamente; este

processo denominado coagulao. Aps a coagulao, a gua percorre uma srie de

reatores, cada um deles dotado de um gradiente mdio de velocidade, fazendo com que as

partculas presentes na gua bruta unam-se formando os flocos; esta operao

denominada floculao.


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6

3.3.CARACTERSTICAS FSICAS DA GUA

As principais medidas fsicas que podem ser feitas na gua so cor e turbidez. interessante comentar que a corpode ser aparenteouverdadeirada gua, sendo que essa

ltima pode ser medida aps centrifugao da amostra em laboratrio de acordo com mtodo

descrito na 20 edio do Standard Methods (1998). Alm destas medidas, ainda podem ser

consideradas: a temperatura, o potencial zeta, entre outras.

TURBIDEZ

A turbidez pode ser definida como sendo o grau de reduo que a luz sofre ao atravessar umacerta quantidade de gua, devido presena das partculas e substncias que esta contm.

Em sua maior parte, a turbidez provocada pela ao das chuvas, que, por meio de seus

caminhos de escoamento na superfcie do solo, carreiam partculas de areia e argila. As

areias so partculas sedimentveis sem coagulao, no constituindo portanto objeto deste

estudo. As argilas so formadas basicamente por argilominerais compostos de silicatos

hidratados de alumnio e ferro, com certo teor de elementos alcalinos e alcalinos terrosos,

matria orgnica, partculas de quartzo, pirita, calcita e outros minerais residuais. Dentre as

principais argilas tem-se a caulinita, montmorilonita, ilita e moscovita.

Morfologicamente, as argilas se apresentam sob o formato de plaquetas superpostas. No caso

da caulinita, predomina, em suas superfcies, uma camada recoberta por tomos de oxignio,

outra camada composta por grupos funcionais hidroxilas. Segundo VAN OLPHEN (1977)

apudMENDES Devido a esse aspecto e a substituies isomrficas no retculo cristalino,

essas faces assumem carga residual negativa (para pH>2). No entanto, nas faces menores,

esse reticulado cristalino interrompido, deixando uma deficincia de cargas negativas pela

presena de ons positivos fortemente polarizantes. Esta descrio pode ser visualizada

pela FIGURA 3.2 .

COR

A cor da gua, na maioria dos casos, provocada por compostos orgnicos de origem

vegetal que, pela atividade de microrganismos e pelos resduos das atividades humanas, se

decompem.


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Com a decomposio da matria orgnica natural, ocorre a formao das substncias

hmicas, classificadas de acordo com a solubilidade em diferentes condies. Esta

classificao, proposta em 1919 (citada por MENDES-1989, p.11, segundo ODEN) eutilizada por diversos pesquisadores, mostrada no TABELA 3.1.

FIGURA 3.2 Cargas superficiais da partcula de caulinita (apud MENDES segundo VAN

OLPHEN).

TABELA 3.1 Classificao das substncias hmicas (apudMENDES-1989, p.11, segundo,

ODEN).

NOME DA FRAO CARACTERSTICA

cido hmico Frao solvel em NaOH e insolvel em cidos minerais e lcool.

cido flvico Frao solvel em cidos minerais e NaOH.

cido himatomelnico Frao solvel em NaOH e lcool; insolvel em cidos minerais.

Humina Resduo da separao dos comp. ant. (insolvel em gua e NaOH).


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8

BLACK & CHRISTMAN (1963), atravs de evaporao baixa presso e posterior

solubilizao em diferentes valores de pH, separaram as fraes dos compostos orgnicos,

causadores de cor de diversas fontes de guas naturais, verificando que as concentraesdesses compostos variavam de 15 a 50 mg/l, sendo o cido flvico, o principal constituinte,

com 87%, o cido himatomelnico com 11% e o cido hmico com 2%. Segundo

MIDWOOD & FELBECK (1968), em solos turfosos h predominncia da frao de cido

flvico (!80%).

TEMPERATURA

importante conhecer as possveis variaes de temperatura ao longo dos processos eoperaes no tratamento da gua, pois, a temperatura tem influncia no desempenho das

unidades de mistura rpida, floculao, desinfeco e nas reaes de hidrlise do coagulante

e solubilidade de gases.

POTENCIAL ZETA

O potencial zeta, ou potencial eletrocintico, um parmetro utilizado para determinao da

carga eletrosttica superficial das partculas coloidais presentes na gua. Sua medida podeser considerada como um bom ndice para medir a magnitude das interaes repulsivas entre

tais partculas.

Na FIGURA 3.5, a uma certa distncia da superfcie da partcula, geralmente onde se inicia a

camada difusa, est o plano de cisalhamento cujo seu potencial o potencial zeta.

Segundo YOKOSAWA (2001), os xidos sofrem protonao quando em soluo aquosa

cida, e desprotonao quando em soluo aquosa alcalina, portanto o potencial zeta

dependente do pH do meio, da espessura da dupla camada eltrica, que por sua vez depende

da concentrao de ons adsorvidos e da fora inica da suspenso. Ainda se as partculas

possuem carga alta, elas se repelem umas s outras e o colide estvel. Caso as partculas

tenham carga resultante prxima de zero, o movimento browniano das partculas

transmitido ao colide, tendo como efeito final a aglomerao das partculas, podendo este

fato levar floculao.


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3.4.CARACTERSTICAS QUMICAS DA GUA

ALCALINIDADE, ACIDEZ e pH

A alcalinidade da gua importante na coagulao qumica, pois os coagulantes comumente

tm atuao como cidos em soluo, reduzindo a alcalinidade e baixando o valor do pH,

sendo necessria freqentemente a adio de alcalinizante para o equilbrio do pH.

A alcalinidadeda gua pode ser entendida como a capacidade na neutralizao de cidos,

e a acidez, de neutralizao de bases. Nas solues aquosas, as caractersticas de

alcalinidade e acidez baseiam-se normalmente no sistema do cido carbnico (H2CO3), que um cido diprtico fraco que possui trs pontos de equivalncia, com as principais reaes

como seguem, e considerando a temperatura de 25C:

CO2(aq) + H2O H2CO3 (K1=10-2,8)

H2CO3 H++ H2CO3

- (K2=10-3,5)

HCO3- H2 + CO3

2- (K3=10-10,3)

FIGURA 3.3 Constituintes do sistema do cido carbnico em funo do pH com presso

de 1 atm e temperatura de 25 C (DI BERNARDO, 1993).


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10

A FIGURA 3.3 ilustra os constituintes do sistema do cido carbnico em funo do pH.

Considerando essa figura, a alcalinidade em funo do pH para temperatura de 25C e

presso de 1 atm, pode ser dividida nas seguintes faixas:

pH = 12,3 9,4 : alcalinidade de hidrxidos e carbonatos

pH = 9,4 8,3 : alcalinidade de carbonatos e bicarbonatos

pH = 8,3 4,4 : alcalinidade de bicarbonatos somente

3.5.INTERAO ENTRE PARTCULAS COLOIDAIS

Em um sistema bifsico (slido-lquido) onde existe uma grande concentrao de partculas

coloidais, umas se aproximam das outras e/ou chocam-se entre si devido ao movimento

contnuo e desordenado dessas mesmas partculas (movimento browniano), permitindo-se

uma interao entre as camadas difusas (ver FIGURA 3.4), fazendo com que ocorra atrao

devido fora de van der Walls e repulso devido fora eletrosttica ou da dupla camada

eltrica.

FORA DE VAN DER WALLS

A fora de van der Walls tem origem na interao de dipolos eltricos atmicos e

moleculares, estando associada s flutuaes na densidade eletrnica dos tomos. Conforme

cita DI BERNARDO et al (1993), para dois tomos a fora atrativa de van der Walls

inversamente proporcional stima potncia da distncia entre eles, porm, para duas

partculas constitudas de grande nmero de tomos, as foras atuantes sobre cada par de

tomos so aditivas, resultando em uma energia de atrao inversamente proporcional ao

quadrado da distncia entre as superfcies das partculas.

DUPLA CAMADA ELTRICA (DCE)

A fora da dupla camada eltrica tem sua origem na superfcie das partculas slidas, onde

ocorre adsoro ou dessoro de ons entre a partcula slida e a soluo circundante.

As partculas coloidais possuem predominantemente cargas negativas, as quais atraem uma

grande quantidade de ons de carga oposta (positiva) presentes na soluo, porm devido as


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dimenses das superfcies das partculas, apenas um nmero limitado de ons positivos

consegue ser adsorvidos. Esta adsoro faz com que os ons adsorvidos permaneam de

maneira rgida sobre a superfcie da partcula, dando origem denominada camada compactaou camada de Stern.

Quando ons negativos aproximam-se da camada compacta, atraem consigo alguns ons

positivos, resultando na formao da camada difusa, que engloba a camada compacta, na

realidade, a camada difusa resulta da atrao de ons positivos, repulso eletrosttica de ons

negativos e difuso trmica.

O conjunto das camadas, compacta e difusa, resulta na denominada dupla camada eltrica(DCE).

FIGURA 3.4 Configurao esquemtica da dupla camada eltrica (apudDI BERNARDO

p. 164, segundo AWWA).


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TEORIA DLVO

Na cincia dos colides fundamental citar a teoria DLVO originada das pesquisas doscientistas russos Derjaguin e Landau e dos cientistas holandeses Verwey e Overbeek. Esta

teoria sugere que a estabilidade de uma suspenso coloidal pode ser descrita pela interao

total resultante das contribuies das interaes atrativas (fora de van der Walls) e

repulsivas (foras da DCE). Assim, pela teoria DLVO, para se ter uma suspenso estvel

necessrio que as foras de interaes repulsivas superem as foras de atrao de van der

Walls. Desta forma, para curtas ou longas distncias (ver FIGURA 3.5) sempre o efeito entre

as partculas atrativo; no entanto, a partir de uma distncia d da superfcie da partcula, a

repulso predomina em um certo intervalo de distncia.

FIGURA 3.5 Energia potencial de interao entre as partculas coloidais (CEPIS, 1984).


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3.6.MECANISMOS DE COAGULAO

Segundo o catlogo da PAN-AMERICANA S.A.-Indstrias Qumicas, a histria daseparao das impurezas em disperses coloidais da gua (coagulao) antiga. No Egito,

farinhas de favas e de amendoim j eram utilizadas para remoo das partculas coloidais. Na

ndia eram usadas nozes modas e, na China, o alume, um sulfato duplo de alumnio e

potssio. Esse ltimo o verdadeiro precursor dos modernos coagulantes minerais. Em 1853,

na Inglaterra, J. Simpson fez as primeiras tentativas de coagulao em grande escala com

sulfato de alumnio. A primeira patente, no entanto, foi em 1885 por Isaiah Hyatt nas

instalaes dos Departamentos de gua Potvel das cidades de Somerville e Ravidan, em

Nova Jersey.

A coagulao corresponde desestabilizao da disperso coloidal, obtida por reduo das

foras de repulso entre as partculas com cargas negativas, por meio da adio de produto

qumico apropriado, habitualmente com sais de ferro ou de alumnio ou de polmeros

sintticos, seguidos por agitao rpida, com o intuito de homogeneizar a mistura.

Os principais mecanismos que atuam na coagulao so: compresso de camada difusa;

adsoro e neutralizao; varredura; e adsoro e formao de pontes.

COMPRESSO DA CAMADA DIFUSA

Esse mecanismo de coagulao ocasiona a desestabilizao das partculas coloidais atravs

da adio de ons de carga contrria. Segundo DI BERNARDO (1993), j em 1900,

SCHULZE e HARDY, por meio das teorias de Derjaguin, Landau, Verwey e Overbeek-

DLVO, mostraram que quanto maior a carga do on positivo, menor a quantidade requerida

para a coagulao. Ao desestabilizar colides negativos, as concentraes molares dos

metais Na+, Ca++, Al+++ variam de 1000: 10: 1. Este fenmeno explicado pela grande

concentrao de cargas positivas que causam excesso de ons na camada difusa, fazendo com

que reduza o volume de sua esfera para manter-se eletricamente neutra (ver FIGURAS 3.4 e

3.5), reduzindo o potencial eltrico (Potencial Zeta) e predominando a fora de van der

Waals.


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Neste mecanismo pode-se citar como exemplo o encontro de gua doce de rios com pequena

fora inica que ao desaguar o seu efluente e misturar-se com a gua no mar, promove a

formao de depostos neste encontro.

De acordo com DI BERNARDO (1993), vale o destaque de dois aspectos:

A quantidade de eletrlitos para conseguir a coagulao praticamente independente

da concentrao de colides na gua.

No possvel causar a reverso de carga dos colides (reestabilizao) para

quaisquer quantidades de eletrlitos adicionados.

ADSORO E NEUTRALIZAO DE CARGA

Na disperso coloidal, ao adicionar-se o coagulante, ocorre interaes entre coagulante-

colide, coagulante-solvente e colide-solvente.

Segundo MENDES (1989), algumas espcies qumicas so capazes de serem adsorvidas na

superfcie das partculas coloidais. Como tais espcies so de carga contrria da superfcie

dos colides, ocorrer a desestabilizao. Esta desestabilizao causada pelo coagulante em

dosagens bem inferiores s do mecanismo da dupla camada.

Conforme DI BERNARDO A. S. (2001), existem trs diferenas principais relacionados

com os mecanismos de compresso da camada difusae o de adsoro e neutralizao de

carga:

Como j citado, a desestabilizao dos colides ocorre com dosagens bem inferiores.

Existe uma relao estequiomtrica entre a concentrao dos colides e a quantidade

necessria de espcies desestabilizantes por adsoro.

possvel a reverso de carga superficial das partculas coloidais atravs de

superdosagem de espcies adsorvveis.

Para DI BERNARDO (1993), este mecanismo deve ser utilizado em Estaes de tratamento

de gua cujo processo, aps coagulao, seja a filtrao direta, pois as partculas

desestabilizadas ficaro retidas no interior do meio filtrante da unidade de filtrao.


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VARREDURA

Neste mecanismo, segundo DI BERNARDO (1993), conforme a quantidade de coagulante(sal), do pH da mistura e da concentrao de alguns tipos de ons presentes na gua, poder

ocorrer a formao de precipitados como AI(OH)3p, Fe(OH)3p, ou outros, dependendo do

coagulante empregado.

O mecanismo da varredura vem sendo bastante empregado em estaes de tratamento de

gua do tipo completa, sendo esta com floculao/sedimentao antecedendo filtrao. Os

flocos formados so maiores do que aqueles formados pela adsoro e neutralizao de

cargas; conseqentemente, suas velocidades de sedimentao so maiores.

ADSORO E FORMAO DE PONTES

Segundo MENDES (1989), este mecanismo desenvolvido por intermdio da utilizao de

compostos orgnicos (polmeros) sintticos ou naturais, utilizados como coagulantes; podem

apresentar stios ionizveis ao longo de suas cadeias, podendo ser classificados como

catinicos, aninicos, anfteros.

Para MENDES (1989), pode ser explicado o comportamento dos polmeros como

coagulantes, baseando-se na sua adsoro superfcie das partculas coloidais, seguida pela

reduo da carga ou pelo entrelaamento das partculas nas cadeias do polmero.

Como citado por DI BERNARDO A.S. (1993), pesquisa com esses compostos tm mostrado

que possvel a desestabilizao de colides (com cargas negativas) tanto com polmeros

catinicos como aninicos. Desta maneira, tanto o mecanismo da compresso da camada

difusa como o de adsoro e neutralizao de cargas, no podem caracterizar o mecanismo

de adsoro e formao de pontes.

DIAGRAMA DE COAGULAO

AMIRTHARAJAH & MILLS (1982) desenvolveram o diagrama de coagulao para o

sulfato de alumnio (FIGURA 3.6), considerando dosagens de Al2(SO4)3 . 14,3 H2O versus


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pH da mistura. Pode-se notar regies distintas para diferentes mecanismos de coagulao,

seja na adsoro e neutralizao de cargas, na varredura, ou na combinao de ambas.

Na regio de coagulao por varredura ocorre excessiva formao de precipitados dehidrxido de alumnio, cujas partculas coloidais esto aprisionadas. Esta regio

recomendada para ETA com tratamento completo, pois os flocos so densos e ficam retidos

no decantador.

FIGURA 3.6 - Diagrama de coagulao (tpico) com o sulfato de alumnio para remoo deturbidez AMIRTHARAJH (1989).


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REGIO 1

Nesta regio pode ocorrer a neutralizao de carga das partculas coloidais pelas espcieshidrolisadas de alumnio, que so adsorvidas na superfcie dos colides. Com o pH no valor

aproximado de 4,7, o potencial zeta se aproxima de zero, e a dosagem de sulfato de alumnio

poder variar entre 5 a 70 mg/l,.

REGIO 2

Esta regio com o valor do pH maior do que 4,7, tem o valor do potencial zeta positivo, etambm os colides se tornam positivos, sendo esta zona caracterizada pela reestabilizao.

A delimitao superior da regio de reestabilizao inicia-se a regio de desestabilizao,

que conforme cita DI BERNARDO (1993), tem sido atribudo presena de ons SO42-e ao

aprisionamento dos colides reestabilizados em complexos de sulfato do tipo Al(H2O)SO4+.

REGIO 3

Segundo ARMITHARAJAH & MILLS (1982), esta regio tem denominao de corona,

com dosagens compreendidas entre 3 e 30 mg/l, sendo a regio ideal para coagulao quando

se tem filtrao direta. Nesta regio que o valor do potencial zeta atinge seu mximo.

Quando o valor de pH est em torno de 6,9 e dosagem de coagulante 10 mg/l, e o valor do

potencial zeta aproxima-se de zero.

REGIO 4

Nesta regio, onde predomina a coagulao pelo mecanismo da varredura, com pH variando

no intervalo de 5,5 a 9 e dosagens acima de 30 mg/l, ocorre a formao de precipitados de

hidrxidos de alumnio, juntamente com as partculas coloidais aprisionadas aos mesmos. A

tecnologia de tratamento para esta regio do tipo com estaes completas, ou seja, com

decantadores antecedendo aos filtros, pois os flocos obtidos so de tamanho maior quando

comparado aos flocos das outras regies, sendo facilmente removidos pelos decantadores.


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3.7. TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO

Na FIGURA 3.7 so apresentadas as tecnologias destinadas ao tratamento de gua paraconsumo humano. Estas tecnologias podem ser divididas naquelas que precedem de

coagulao e outras que no necessitam da coagulao. No tratamento atravs da filtrao

lenta, no h necessidade de coagulao qumica; as outras tecnologias necessitam da

coagulao.

FIGURA 3.7 Classificao das tecnologias de tratamento de gua para consumo humano.

FONTE: DI BERNARDO (1995).


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O tratamento da gua para consumo humano, basicamente, consiste em produzir gua

atendendo aos padres de potabilidade. Pode requerer apenas a filtrao lenta, porm, no

Brasil comum a utilizao de outras tecnologias de tratamento.

Normalmente em captaes de alguns cursos dgua e em lagos, onde no se tenham picos

nos valores de turbidez, principalmente em pocas chuvosas, a estao de tratamento poder

ser por filtrao direta precedida de coagulao por adsoro e neutralizao de cargas.

Em locais onde a qualidade da gua bruta no permitir, a estao dever ser do tipo

completa; neste caso, a coagulao ser do no mecanismo da varredura.

3.8. COAGULAO PARA REMOO DE TURBIDEZ OU COR

A FIGURA 3.8 mostra um diagrama de coagulao feito por DI BERNARDO et al (1993).

A gua utilizada para o estudo foi preparada com caulinita e substncias hmicas, com as

seguintes caractersticas: turbidez de 220uT; cor verdadeira 5uC; alcalinidade igual a 30 mg/l

de CaCO3; temperatura 20C; condutncia especfica 72 Mho/cm e o valor do pH de 7,5.

As variaes de pH foram feitas com acidificante ou alcalinizante. Para elevar o pH foi

utilizado hidrxido de sdio e para baixar o pH foi utilizado cido clordrico.

Os parmetros utilizados para os ensaios foram: para mistura rpida Gmr=900s-1e Tmr=2s;

para floculao Gf=30s-1 e Tf=20min; com velocidade de sedimentao Vs=2cm/min.

A regio A com 80% de remoo, caracteriza o mecanismo predominantemente de adsoro

das espcies hidrolisadas do alumnio, causando a neutralizao de carga; a regio B com

95% de remoo, pitado de alumnio, caracterizando o mecanismo da varredura. Para a

regio A foram obtidos valores de pH entre 4,6 e 5,2 versus dosagens de sulfato de alumnio

Al2(SO4)3. 18 H2Oentre 8 a 12 mg/l. Para regio B foram conseguidos valores de pH entre 6,4

e 7,8 versus dosagens de sulfato de alumnio Al2(SO4)3. 18 H2Oentre 40 a 80 mg/l.


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DOSAGEN DE Al2(SO4)3. 18 H2O (mg/litro)

LOG (Alumnio) (mol/litro)

FIGURA 3.8 Regies de remoo de Turbidez (200uT), Cor Verdadeira (5uC), com

Sulfato de Alumnio PA (para anlise).FONTE: DI BERNARDO et al (1993).


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De acordo com estudos feitos por AMIRTHARAJAH (1989), atravs do diagrama de

coagulao, foram representadas as regies otimizadas para remoo de cor e turbidez com

sulfato de alumnio. A FIGURA 3.9 mostra regies nas quais a disperso preparada estavacom cor verdadeira de 100uC e sem turbidez; j na FIGURA 3.10 a disperso preparada

estava com cor verdadeira de 100uC e turbidez de 27 a 30uT. Nas FIGURAS 3.9 e 3.10

verificam-se resultados dos experimentos de coagulao, de acordo com os quais se obteve

remoo de cor verdadeira igual ou acima de 90%. Em seu experimento, foram utilizadas

disperses com diferentes concentraes de cido hmico e caulinita. Duas regies distintas

destacam-se na FIGURA 3.9: uma regio com pH na faixa de 6 a 8,3 com dosagens de

coagulante de 12mg/l a 55 mg/l aproximadamente, outra com pH na faixa de 4 a 4,8 com

dosagens de coagulante acima de 10mg/l. Na FIGURA 3.10 destacam-se: uma regio compH na faixa de 5,8 a 8,3 com dosagens de coagulante de 8mg/l a 100 mg/l aproximadamente,

outra com pH na faixa de 4 a 5,5, com dosagens de coagulante acima de 4mg/l.

FIGURA 3.9 Regies de remoo de Cor Verdadeira (100uC), Turbidez (0uT) com Sulfato

de Alumnio.

FONTE: AMIRTHARAJAH (1989).


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interessante destacar que, para disperses com cor e turbidez, as regies otimizadas foram

ampliadas com relao s disperses somente com cor; provavelmente isso se deve ao

aumento do nmero de partculas, conseqentemente ampliando o nmero de colises emelhorando assim a cintica de floculao.

A FIGURA 3.11 mostra um outro diagrama de coagulao do sulfato de alumnio, feito por

DI BERNARDO et al (1993). Nesse diagrama, a gua utilizada foi preparada com

substncias hmicas e caulinita e apresentou as seguintes caractersticas: cor verdadeira de

100uC; cor aparente de 130uC; turbidez de 5uT; alcalinidade de 40 mg/l de CaCO3; pH =

7,5; temperatura de 20!C. Foi utilizado dosagens de 10 a 200 mg/l de sulfato de alumnio

Al2(SO4)3. 18 H2O, e pH variando de 3,3 a 8,7 e com Vs=1,0cm/min.

FIGURA 3.10 Regies de remoo de Cor Verdadeira (100uC), Turbidez (27-30uT) com

Sulfato de Alumnio.

FONTE: AMIRTHARAJAH (1989).


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Destaca-se na FIGURA 3.11 uma regio com remoo de cor aparente superior a 60%, com

dosagens de coagulante sulfato de alumnio de 14 a 80 mg/l contra pH de 3,8 a 4,9

caracterizando o mecanismo de adsoro e neutralizao de cargas. Numa outra regio cujomecanismo o da varredura, a remoo de cor aparente chega a 97,6%. As condies timas

de coagulao para o mecanismo de adsoro-neutralizao foram: dosagem de sulfato de

alumnio de 20 mg/l e pH de coagulao de 4,4. As condies timas de coagulao para o

mecanismo de varredura foram: dosagem de sulfato de alumnio de 140 mg/l e pH de

coagulao de 6,15.

Segundo DI BERNARDO, as diferenas nos resultados com relao FIGURA 3.10 deve-se

ao menor valor da turbidez, e utilizao de substncias hmicas ao invs de um produtocomercial.

Em outro estudo realizado por COSTA (1992), a gua apresentou as seguintes

caractersticas: cor verdadeira (100uC); cor aparente 150 uC; turbidez (5uT); alcalinidade 30

mg/l de CaCO3. Ele trabalhou com dosagens de 10 a 200 mg/l de sulfato de alumnio

Al2(SO4)3 . 18 H2O, e pH variando de 4,3 a 8 (ver FIGURA 3.12).

FIGURA 3.11 Regies de remoo de Cor Verdadeira (100uC), Turbidez (5uT) com

Sulfato de Alumnio.

FONTE: DI BERNARDO et al (1993).


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Destaca-se na FIGURA 3.12 uma regio com remoo de cor aparente superior a 60%, com

dosagens de coagulante sulfato de alumnio de 10 a 80 mg/l contra pH de 4,3 a 5,6

caracterizando o mecanismo de adsoro e neutralizao de cargas. Numa outra regio cujomecanismo o da varredura, a remoo de cor aparente chega a 97,6%. As condies timas

de coagulao para o mecanismo de adsoro-neutralizao foram: dosagem de sulfato de

alumnio de 25 mg/l e pH de coagulao de 5,1. As condies timas de coagulao para o

mecanismo de varredura foram: dosagem de sulfato de alumnio de 155 mg/l e pH de

coagulao de 6,4.

Conforme o estudo de BRITO (1998), com o diagrama de coagulao ilustrado na FIGURA

3.13, sua gua tinha as seguintes caractersticas: cor aparente 150 uC; cor verdadeira 70 uCturbidez 25uT; pH = 7,5; alcalinidade 33 mg/l de CaCO3. Ela trabalhou com dosagens de 10

a 80 mg/l de sulfato de alumnio PA Al2(SO4)3. 14 a 18 H2O, e pH variando de 5,1 a 8,8 e

velocidade de sedimentao de 2,5cm/min. Destaca-se na FIGURA 3.13 uma regio com

turbidez remanescente de 20 a 30% da turbidez inicial, com dosagens de coagulante sulfato

de alumnio de 10 a 40 mg/l contra pH de 6 a 7.


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DOSAGEN DE Al2(SO4)3. 14 a 18 H2O (mg/litro)

LOG (Alumnio) (mol/litro)

FIGURA 3.12 Regies com Porcentagem da Cor Aparente Remanescente com Coagulante

Sulfato de Alumnio e Velocidade de Sedimentao 2cm/min, sendo as caractersticas da

gua bruta: Cor Verdadeira (100uC), Cor Aparente 150 uC Turbidez (5uT)..

FONTE: COSTA (1992).


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MISTURA RPIDA/FLOCULAO

Para os estudos citados de MENDES, COSTA e BRITO, foram determinados algunsparmetros de mistura rpida e floculao que podem ser vistos na TABELA 3.2.

TABELA 3.2 Parmetros adotados em outros estudos

PESQUISA GUA DE ESTUDO Tmr (s) Gmr (s-1) Tf (min) Gf (s-1)MENDESCoagulante

Sulfato deAlumnio

Vs=1cm/minCor Verdadeira 100uC

Cor Aparente 131,9uCTurbidez (5uT)Alcal. 40mg/l de CaCO3

2otimizado

500otimizado

30otimizado

5,4otimizado

COSTACoagulanteSulfato deAlumnio

Vs=2cm/minCor Verdadeira 100uCCor Aparente 150uCTurbidez 5uTAlcal. 30mg/l de CaCO3

5arbitrado

700arbitrado

40arbitrado

10arbitrado

BRITOCoagulanteSulfato deAlumnio

Vs=2,5cm/minCor Aparente 150uCCor Verdadeira 12,5uCTurbidez 25uT

Alcal. 33mg/l de CaCO3

5otimizado

400otimizado

20otimizado

20otimizado

BRITOCoagulanteCloretoFrrico

Vs=2,5cm/minCor Aparente 210uCCor Verdadeira 20uCTurbidez 27uTAlcal. 23mg/l de CaCO3

15otimizado

400otimizado

20otimizado

35otimizado

CONCEIOCoagulanteSulfato deAlumnio

Vs=2,5cm/minCor Aparente 150uCCor Verdadeira 70uCTurbidez 16uTAlcal. 50mg/l de CaCO3

20arbitrado

600arbitrado

30arbitrado

20arbitrado

DIBERNARDOA. S. (2000)CoagulanteSulfato deAlumnio

Vs=2,0cm/minCor Aparente 195uCCor Verdadeira 32,5uCTurbidez 26uTAlcal. 25mg/l de CaCO3

10otimizado 1000otimizado 24otimizado 25otimizado

MARINELLICoagulanteSulfato deAlumnio

Vs=2cm/minCor Verdadeira 29uCCor Aparente 209uCTurbidez 25uTAlcal. 25mg/l de CaCO3

20arbitrado

1000arbitrado

20arbitrado

20arbitrado


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BRITO (1998) chegou a uma concluso importante com estudos profundos feitos para a

determinao dos coeficientes de agregao (KA) e de ruptura (KB), observando-se que medida que foi maior o tempo de sedimentao (menores Vs) os valores de KA aumentaram e

os valores de KB diminuram, ocorrendo uma estabilizao de ambos coeficientes para Vs =

0,25; 0,010 e 0,05 cm/min, sugerindo que realmente a velocidade de sedimentao influi na

determinao desses coeficientes e ...conclui-se que tanto para mistura rpida, quanto para a

floculao, a seleo dos valores do gradiente de velocidade e do tempo de agitao que

otimizam tais operaes substancialmente influenciada pela velocidade de sedimentao

dos flocos. Desta forma, deve-se ter cuidado na escolha dos parmetros nos

dimensionamentos de ETA, considerando que quaisquer variaes tais como aumento devazo, ampliaes, podero influenciar a otimizao prevista inicialmente, devendo

principalmente os projetos fazerem tal previso.

BRITO (1998), estudando otimizao dos parmetros de mistura rpida e floculao,

inicialmente atravs de pares de valores de pH de coagulao versus dosagem de coagulante

escolhidos no diagrama de coagulao, fixou os parmetros da floculao (Tf=20min e

Gf=25s-1) e posteriormente, com variao dos parmetros de mistura rpida e velocidade de

sedimentao, chegou aos valores de otimizao de mistura rpida.

Com a dosagem dos coagulantes e valores de pH de coagulao, e os parmetros de mistura

rpida conseguidos anteriormente, procedeu aos ensaios da otimizao de floculao.

Fazendo variaes nos parmetros Tf e Gf, chegou aos grficos apresentados nas FIGURA

3.14 para velocidade de sedimentao de 2,5cm/min e coagulante sulfato de alumnio e, na

FIGURA 3.15, para velocidade de sedimentao de 2,5cm/min e coagulante cloreto frrico.

Das FIGURAS 3.14 e 3.15 pode-se concluir que o valor de turbidez remanescente no sofre

alteraes significativas partir de um certo tempo de floculao.

Para o caso de uma unidade de floculao composta por cmaras em srie, PDUA et al

(1998) propuseram uma metodologia para determinao dos gradientes de velocidades em

cada cmara. Esta metodologia de extrema importncia, porm, por no ser utilizada neste

estudo, est apenas sendo citada para conhecimento.


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FIGURA 3.14 Frao Remanescente da Turbidez em Funo do Tempo de Floculao e

Respectivos Gradientes de Velocidade timos - Coagulante Sulfato de Alumnio (20mg/l;

pH=6,32; Gmr=400s-1; Tmr=5s e Velocidade de Sedimentao 2,5cm/min).

FONTE: BRITO (1998).

FIGURA 3.15 Frao Remanescente da Turbidez em Funo do Tempo de Floculao e

Respectivos Gradientes de Velocidade timos - Coagulante Cloreto Frrico (25mg/l;

pH=6,3; Gmr=400s-1; Tmr=15s e Velocidade de Sedimentao 2,5cm/min).

FONTE: BRITO (1998).


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3.7.CARACTERSTICAS DE SAIS DE ALUMNIO E DE FERRO

3.7.1.SULFATO DE ALUMNIO

A espcie qumica do Sulfato de Alumnio tem por frmula qumica AI 2(SO4)3.nH2O, em

que n representa aproximadamente 14 a 18 molculas de gua de cristalizao. Quando

anidro tem peso molecular aproximadamente igual a PM=342,16, e decompe-se a

temperatura de 600C com desprendimento de anidrido sulfrico. O produto com 14

molculas de gua de cristalizao aproximadamente 12% mais duro que com 18

molculas.

O Sulfato de Alumnio Lquido fabricado a partir de hidrato de alumnio, mantendo-se um

teor de gua suficiente para impedir sua cristalizao. Quanto composio qumica,

comercializado com 7 a 8% de alumina (Al2O3); com teores acima de 8,26%, o produto pode

cristalizar. Na realidade este produto atinge 48,4% de concentrao quando em forma slida,

devido a gua de constituio presente nas molculas do produto, vide TABELA 3.3.

Quando um produto de boa qualidade, no apresenta resduos insolveis e incolor.

TABELA 3.3 Composio fsico-qumica do sulfato de alumnio lquido (produto daIndstria NHEEL QUMICA LTDA).

TABELA DE COMPOSIO FSICO - QUMICA

Composio Sulfato Alumnio Isento Ferro (lquido)

% AI2O3 8,5

% Fe2O3 0,047

% Acidez ou AI2O3Livre 0,3 0,5

% Insolveis _

Massa Especfica (g/cm3) a 15C 1,34

Viscosidade (Cp) a 15C 26

pH de soluo a 1% 3,5

Ponto Congelamento (C) -17

Cor Incolor

Concentrao do produto (massa/massa) 50%


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DIAGRAMA SE SOLUBILIDADE DO ALUMNIO

Quando da adio do coagulante qumico nas estaes de tratamento de gua (ETAs),algumas espcies hidrolisadas podero estar presentes para um determinado valor de pH. Em

seguida mostram-se algumas reaes de hidrlise em temperatura de 25 C.

Equaes de hidrlise das espcies log K

Al3+ + H2O Al(OH)2+ + H+ -5,02 (1)

2Al3+

+ 2H2O Al2(OH)24+

+ 2H+

-6,27 (2)

6Al3+ + 15H2O Al6(OH)153+ + 15H+ -47,00 (3)

8Al3+ + 20H2O Al8(OH)205+ + 20H+ -68,70 (4)

Al(OH)3(p)+ Al3+ + 3OH- -32,34 (5)

Al+3 + 4H2O Al(OH)4- + 4H+ -23,57 (6)

CONSTRUO DO DIAGRAMA DE SOLUBILIDADE

a) Espcie Al(OH)2+

Al+3 + H2O Al(OH)2+ + H+ -5,02

Al(OH)3(p) Al3+(aq) + 3OH-(aq) -32,34

H+ + OH- H2O -14,00

_____________________________________________________________________

Al(OH)3(p) Al(OH)2+ + 2OH- (log K=?)


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32

])([

]].[)([

)(3

22

pOHAl

OHOHAlK

+

= (7)

Do sistema das trs equaes de hidrlise, resulta:

][

]].[)([10

3

202,5

+

++

=

AL

HOHAl(8)

])([

]].[[10

)(3

3334,32

pOHAl

OHAl +

= (9)

][]].[[10

2

00,14

OHOHH +

= (10)

Assumindo que a atividade do precipitado Al(OH)3(p) seja igual a unidade para que a

constante de equilbrio seja expressa em termos da espcie solvel de Al3+e H+e, tomando-

se o logaritmo de ambos os lados da equao (10), obtm-se:

log K = log [Al(OH)2+] + 2 log [OH-] (11)

O mesmo procedimento, aplicando-se s equaes 7, 8 e 9, fornece:-5,02 = log [Al(OH)2+] + log [H+] log [Al3+]

-32,34 = log [Al3+] + 3 log [OH-]

+14,00 = -log [H+] log [OH-]

_________________________________________

-23,36 = log [Al(OH)2+] + 2 log [OH-]

e

log [H+] + log [OH-] = -14 log [H+] = -14 log [OH-]

e pH = - log [OH-]

-23,36 = log [Al(OH)2+] + 2.(-14 log [H+]) log [Al(OH)2+] = 4,64 2 pH (12)

-23,36 = log [Al(OH)2+] 28 2. log [H+]

b) Espcie Al3+ log [Al3+] = 9,66 3 pH (13)

c) Espcie Al6(OH)153+ log [Al6(OH)15

3+] = 10,96 3 pH (14)


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33

d) Espcie Al8(OH)204+ log [Al13(OH)34

5+] = 8,58 4 pH (15)

e) Espcie Al2(OH)24+

log [Al2(OH)24+

] = 13,05 4 pH (16)

f) Espcie Al(OH)4- log [Al (OH)4

-] = pH 13,91 (17)

Utilizando-se as equaes de nmero 12 a 17, o diagrama das espcies hidrolisadas de

alumnio construdo em funo do pH, conforme mostra a FIGURA 3.16.

FIGURA 3.16 Diagrama de Equilbrio Heterogneos do Al(OH)3.

FONTE: DI BERNARDO (1993)

A concentrao de alumnio total dada pela seguinte expresso:

CT,Al= [Al(OH)2+]+[Al3+]+6.[Al6(OH)15

3+]+8.[Al8(OH)204+]+2.[Al2(OH)2

4+]+[Al(OH)4-]

Para cada valor de pH, substituir seu valor nas equaes e obter o valor da concentrao de

cada espcie (aplicando o anti-log). Substituir estes valores na equao acima (CT,Al) e

efetuar a soma. Em seguida, aplicar o logaritmo (base 10) no valor obtido. Assim, para um


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35

Continuao da TABELA 3.4 Propriedades e especificaes do cloreto frrico (produto da

Indstria NHEEL QUMICA LTDA).

ESPECIFICAES

APARNCIA LQUIDA

COLORAO MARROM

FeCI2(PESO %)


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36

b)Espcie Fe(OH)2+ log [Fe(OH)2

+] = 1,9 pH (8)

c)Espcie Fe2(OH)24+

log [Fe2(OH)24+

] = 5,9 4 pH (9)

d)Espcie Fe(OH)4- log [Fe(OH)4

-] = pH 19 (10)

e)Espcie Fe3+ log [Fe3+] = 4,5 3 pH (11)

f)Espcie Fe(OH)30 log [Fe(OH)3

0] = -9,0 (12)

Utilizando-se as equaes de nmero 7 a 12, o diagrama das espcies hidrolisadas de ferro construdo em funo do pH, conforme mostra a FIGURA 3.17.

FIGURA 3.17 Diagrama de Equilbrio Heterogneos do Fe(OH)3.

FONTE: DI BERNARDO (1993)

A concentrao de ferro total dada pela seguinte expresso:

CT,Fe= [Fe(OH)4-] + [Fe3+] + 2.[Fe2(OH)2

4+] + [Fe(OH)2+] + [Fe(OH)2+]


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38

Continuao da TABELA 3.5 Caractersticas e especificaes do hidrxicloreto de

alumnio (produto da Indstria PAN-AMERICANA S.A.).

AI2O3 (m/m - %) 16,80

Ferro (mg/kg) 50 mx.

Basicidade (%) 42 46

Peso Especfico (t/m3) 1,2 1,4

pH (sol 1% H2O) 3,5-4,2

TABELA 3.6 Composio de metais pesados do hidrxicloreto de alumnio.

METAIS PESADOS Valor Tpico(mg/kg) Valor Mximo(mg/kg)

Hg (mercrio) < 0,3 0,4

Cd (cdmio) < 1,0 2,2

Ag (prata) < 1,0 22

Pb (chumbo) < 7,0 22

Cr (cromo) < 3,0 22

As (arsnio) < 0,3 22

Se (selnio) < 4,0 4

O Hidrxicloreto de Alumnio, do ponto de vista da regulamentao de transporte,

classificado como produto corrosivo com UN n. 1760. Portanto, as solues que so

corrosivas devem normalmente ser transportadas e estocadas em ao revestido de ebonite,

em PVC, polietileno, polister e fibra de vidro. Para as tubulaes, deve-se dar preferncia

ao material plstico (PVC, epxi, PE, PP). O bombeamento deve ser feito com equipamentos

resistentes ao cido clordrico (bombas com juntas de PTFE, etc.).

3.7.4.SULFATO FRRICO

Os sais de ferro so muito utilizados como coagulantes para tratamento de gua. Suasreaes so as de neutralizao de cargas, e formao de hidrxidos insolveis de ferro.


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39

Devido baixa solubilidade dos hidrxidos frricos, eles podem agir sobre uma ampla faixa

de pH.

Na coagulao, a formao de flocos mais rpida, devido ao alto peso molecular

comparado ao alumnio; por conseguinte, os flocos so mais densos, e o tempo de

sedimentao reduzido significativamente. O lodo formado tambm mais compacto,

principalmente quando se tem baixa temperatura. Comparado com sulfatos, os cloretos

frricos tm baixo consumo de alcalinidade, e, conseqentemente, menor reduo de pH. O

sulfato frrico disponibilizado no mercado de forma granular ou lquida (ver TABELA

3.7).

TABELA 3.7 Composio qumica e fsica do sulfato frrico granulado (produto da

Indstria KEMWATER DO BRASIL LTDA).

PROPRIEDADES QUMICAS E FSICAS

Fe total [ Fe III ] 21!1%

Ferro Ferroso ( FeII ) Mximo 1%

Aparncia Grnulos amarelos acinzentado

Acidez livre (H2SO4) "1,5%

Tamanho das partculas D502a 3 mm, 100% sendo menor que 7 mm

ngulo de repouso 37

Frmula do Sulfato Frrico slido Fe2(SO4)3. nH2O com 7"n #9

O sulfato frrico um lquido cido, corrosivo, e isto tem de ser levado em conta ao manusear o

produto. O sulfato frrico lquido est disponvel como uma soluo a 11,5% em ferro. armazenado

sob forma no-diluda, em tanques de material apropriado, tais como, plstico, base de cobertura de

borracha, ou ao resistente a cidos.

O sulfato frrico dosado usualmente sob forma no-diluda com equipamento apropriado. De modo

a obter uma dosagem mais precisa, o produto comercial pode ser diludo num volume tal que o pH da

soluo seja menor que 2,0. Sob altas razes de diluio, pode ocorrer a precipitao de hidrxidos

frricos que levam diminuio da eficincia na coagulao do produto.


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4. MATERIAIS E MTODOS

Neste captulo so apresentados os equipamentos, materiais utilizados e a metodologia.

Todo o processo foi desenvolvido nos laboratrios de saneamento da EESC/USP.

4.1. EQUIPAMENTOS

Foram utilizados os seguintes equipamentos: potencimetro modelo 420A da marca ORION,

com acessrios: eletrodo (ver FIGURA 4.3), adaptador eltrico, porta eletrodo e manual;

Turbidmetro modelo 2100P da marca HACH com: trs Cubetas de calibrao, adaptador

eltrico, seis cubetas para medio (ver FIGURA 4.3); Espectofotmetro de leitura digital,

modelo DR 4000 da marca HACH, com duas cubetas; Zetmetro da marca MALVERN

Instruments acoplado ao microcomputador; Centrfuga de bancada, modelo 215 da marca

FANEM; Condutivmetro modelo DS-15 da marca HORIBA; Agitador marca FISATON

220v, com rotao varivel e pedestal suporte para bureta de vidro; Equipamento esttico

(JAR TEST) da marca NOVA TICA com: 6 jarros, 18 cubetas dosadoras, 24 cubetas de

coleta, seis cubetas de descarte e motor com variao de rotaes de 20 a 600 rpm (ver

FIGURA 4.1); Cronmetro digital com preciso de 0,01s; Termmetro de bulbo; Balana

eletrnica marca METTLER; Agitador mecnico tipo furadeira acoplado a eixo vertical com

paletas e recipiente em acrlico com capacidade para 25 litros (ver FIGURA 4.2).


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EQUIPAMENTO ESTTICO CRONMETRO

FIGURA 4.1 Fotografia do Equipamento Esttico (Jar Test).

AGITADOR MECNICO RECIPIENTE ACRLICO 25 litros

FIGURA 4.2 Fotografia do Agitador para disperso me - Caulinita.


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TURBIDMETRO POTENCIMETRO AGITADOR

EQUIPAMENTOESTTICO

CRONMETRO

FIGURA 4.3 Fotografia do Equipamento Esttico direita, potencimetro e Turbidmetro

esquerda.

4.2. MATERIAIS

4.2.1. PRODUTOS QUMICOS

Os coagulantes estudados foram os seguintes:

Sulfato de alumnio Al2(SO4)3x 14,3 H2O

Cloreto frrico FeCl3x 6 H2O

Hidrxicloreto de alumnio Aln(OH)mCl3n-m

Sulfato frrico Fe2(SO4)3x 8 H2O

Alm dos coagulantes, os seguintes produtos foram usados:

cido sulfrico H2SO4a 0,03N; cido clordrico HCl a 0,1N; Hidrxido de sdio NaOH a

0,1N; Caulinita (da FISHER Scientific Company - New Jersey ou similar) utilizada para

acrescentar Turbidez gua; cido Hmico (da ALDRICH Chemical Company Inc - USA


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43

ou similar) utilizado para proporcionar cor gua; Solues padro para pH de 4,0 e 7,0,

utilizadas para aferio do potencimetro; Silicone viscoso e gua destilada.

4.2.2. MATERIAIS DIVERSOS

Foram utilizados os seguintes materiais:

Baldes e panos para limpeza; Baldes para transferncia de gua da caixa dgua para o Jar

Test; Pissetas para limpeza de vidrarias; Copos Becker para fazer medio de alcalinidade,

pH; Suporte para transportar cubetas de amostra do Jar Test; Bales volumtricos de 100,

1000 e 2000ml; Provetas de 3, 10, 20 e 50ml; Frascos Erlenmayer; Bancada suporte para Jar

Test; Garrafas plsticas de refrigerante Pet de dois litros para fazer gelo e armazenarcoagulantes aps a diluio; Caixa dgua em PVC da marca MAXICAIXA com capacidade

para 1500 litros; Ebulidor 220v para aquecimento da gua.

4.3. PROCEDIMENTOS

O trabalho foi feito com dois tipos de gua, e foram estudados quatro tipos de coagulantes.

Os seguintes passos foram adotados: preparo das guas de estudo; execuo dos ensaios decoagulao, floculao e decantao; medio dos parmetros; construo dos diagramas.

4.3.1. PREPARO DAS GUAS

A partir de gua do poo da EESC/USP foram preparados dois tipos de gua - Tipo I e Tipo

II.

A gua Tipo I possui elevada turbidez e baixa cor verdadeira; a gua do Tipo II tem alta cor

verdadeira e baixa turbidez. Na preparao das guas, foram usados cido hmico e

caulinita.

4.3.1.1. GUA TIPO I

Para a Turbidez foi empregada a caulinita ( Kaulin K-5 da FISHER Scientific Company

New Jersey.


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TABELA 4.1 Caractersticas das guas de estudo tipo I e tipo II.

PARMETRO GUA TIPO I GUA TIPO IICor Aparente (uC) - 160

Cor Verdadeira (uC) - 102

Turbidez (uT) 102 6,2

pH com agitao 7,60 7,55

pH sem agitao 7,75 7,95

Alcalinidade (mg/l de CaCO3) 30 30

Condutividade (S/cm) - 25C 50 50

Dureza (mg/l de CaCO3) 15,2 15,2

4.3.2. ENSAIOS NO EQUIPAMENTO ESTTICO

Os ensaios no equipamento esttico foram feitos na seqncia e de acordo com os

procedimentos:

Colocar o coagulante nas cubetas de acordo com dosagem preestabelecida, com

pipetas ou seringas.

Colocar com pipetas, o acidificante (HCl a 0,1N) e/ou alcalinizante (NaOH a 0,1N)

dentro dos jarros, conforme pH desejado.

Homogeneizar a gua da caixa dgua mexendo com vassoura de nylon.

Coletar em um balde de 20 a 25 litros, e em seguida adequar a temperatura da gua

para 25 C, se necessrio, utilizando o ebulidor ou garrafas de gua congeladas.

Colocar a gua do balde nos jarros, de forma que os dois litros de cada jarro foramcompletados em trs ou quatro vez. Este procedimento tem como finalidade se obter

maior homogeneidade no contedo dos jarros.

Ligar o aparelho e descer as paletas de forma a agitar um pouco os jarros, para

misturar o acidificante e/ou alcalinizante, antes de adicionar o coagulante.

Ajustar a rotao da mistura rpida (Gmr segundo o grfico do aparelho), e o

cronmetro, no mesmo instante em que adicionado o coagulante.

Baixar a rotao aps o Tmr para Gf e aguardar o cronmetro aps Tf.

Desligar aps decorrer Tf, embora no cronmetro o tempo seja Tmr + Tf.


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Fazer uma tabela de tempos de coleta antecipadamente, para nesta fase proceder as

coletas de acordo com as velocidades de sedimentao definidas anteriormente. O

tubo de coleta no jarro est localizado a 7,00cm abaixo da superfcie da gua.Determinando-se por esta distncia as Vs.

Iniciar com o tempo calculado para Vs1 a coleta considerando 12 s antes e 10 s

depois, ou seja, 2 s servem para descartar o contedo do tubo de coleta, e depois por

20 s servem para coletar a amostra.

Substituir, para cada Vs1, as cubetas de coleta para a nova Vs2 e, assim

consecutivamente, se necessrio.

Medir os parmetros desejados - pH, turbidez ou cor aparente da amostra nas

cubetas de coleta.

4.3.3. MEDIO DOS PARMETROS

4.3.3.1. MEDIO DO pH.

Os valores de pH so importantes para o traado do diagrama. Anteriormente ao incio da

bateria de medidas no potencimetro (aps as coletas do Jar Test), deve-se calibr-lo com as

solues tampes com pH 4 e 7. Em seguida, deve-se iniciar as medidas partindo do pH mais

baixo para o mais alto. s vezes, no se sabe ao certo se uma amostra tem valor de pH maior

ou menor que outra, porm, sempre que possvel deve-se proceder da maneira recomendada.

4.3.3.2. MEDIO DE TURBIDEZ

Aps a calibrao do turbidmetro, no incio dos trabalhos, e mantendo o aparelho ligado,

no h necessidade de novas calibraes, no decorrer do trabalho, para efetuar novas

medidas.

Um cuidado especial deve-se ter com a cubeta, pois se estiver suja, ocorrer interferncia nos

resultados. O uso espordico de silicone viscoso na cubeta facilitar sua limpeza.

A homogeneizao da amostra muito importante, j que os resultados sero totalmente

alterados caso ela seja esquecida. Deve-se fazer a leitura imediatamente aps a colocao da

amostra na cubeta do turbidmetro, pois o valor da leitura modifica-se com o tempo devido a

variao de temperatura.


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4.3.3.3. MEDIO DE COR

a) COR VERDADEIRA

O primeiro passo para obter a cor verdadeira a centrifugao da amostra. importante que

no interior da centrfuga as amostras sejam distribudas de forma balanceada, pois, caso

contrrio, a fora centrfuga poder danificar o equipamento.

Aps a centrifugao, cuidadosamente, deve-se fazer a retirada das cubetas da centrfuga,

colocando em um frasco Erlenmayer somente um pouco de lquido de cada uma das cubetas.

Evitando-se assim que as partculas centrifugadas possam interferir no resultado.

Faz-se ento a leitura da amostra.

b) COR APARENTE

Feita a leitura da cor aparente no espectofotmetro DR-4000 da HACH, deve-se tomar

cuidado com a seleo da curva de calibrao, a qual definir o valor da cor.

Alm disso, a cubeta deve estar limpa com gua destilada, para no interferir nos resultados

das leituras das amostras. Aqui tambm, como no turbidmetro, deve-se passar silicone

viscoso na cubeta para facilitar sua limpeza.

4.3.4. TRAADO DOS DIAGRAMAS

No local dos ensaios, deve-se ter um papel milimetrado para se registrar os parmetros pH,

Dosagem e Turbidez ou Cor remanescentes de cada amostra.

Este procedimento servir como direcionamento e orientao para os prximos valores de

pH e Dosagem nos ensaios subseqentes.

Com os diversos pontos conseguidos, torna-se possvel definir o traado de curvas com a

mesma turbidez ou cor remanescentes. Desta maneira, obtm-se regies cujos valores

podero ser estudados, visando o melhor desempenho na aplicao do coagulante para

determinada gua (ver FIGURA 3.4 - exemplo genrico).


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4.4. CONDIES DO EXPERIMENTO

No projeto de pesquisa foram estipuladas, inicialmente, as condies dos parmetros fsicos

para a pesquisa, no entanto, ao longo da reviso da literatura, baseando-se nos parmetros de

outros estudos, foram adotados os valores constantes na TABELA 4.2.

No caso da gua tipo I foram mantidos os parmetros previstos inicialmente no projeto. J

para a gua tipo II, levou-se em conta o resultado da pesquisa de COSTA (1992) que

trabalhou com uma gua semelhante, mas que apresentava as caractersticas turbidez 5uT,

Cor verdadeira 100uC e alcalinidade de 30 mg/l de CaCO3e tendo adotado os parmetrospara mistura rpida, Gmr = 700 s-1e Tmr = 5 s, e para floculao Gf = 10 s-1e Tf = 40 min.

Tambm MENDES (1989) usou em sua pesquisa uma gua preparada em laboratrio com

Turbidez 5uT, Cor verdadeira 100uC e alcalinidade de 40 mg/l de CaCO3, e otimizou os

parmetros para mistura rpida em Gmr = 500 s-1 e Tmr = 5 s, e para floculao com Gf =

12 s-1e Tf = 30 min.

Considerando os dados de COSTA e MENDES foram adotados os valores da TABELA 4.2.

TABELA 4.2 Parmetros fsicos da pesquisa para as guas de estudo tipo I e II.

DISCRIMINAO GUA TIPO I GUA TIPO II

MISTURA RPIDA

Tmr (s) 10 5

Gmr (s-1) 1000 1000

FLOCULAO

Tf (min) 20 30

Gf (s-1) 25 15

VELOC. DE SEDIMENTAO (cm/min)

Vs Vs1= 4,00 Vs2=2,00 Vs1=2,00 Vs2=1,00


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4.5. PARMETROS MONITORADOS

Na TABELA 4.3 so apresentados os parmetros e a freqncia de medio.

TABELA 4.3 Parmetros monitorados durante os experimentos.

PARMETROS MONITORADOS

Parmetro gua Tipo I gua Tipo II Freqncia

pH X X Diariamente da gua bruta e dos

sobrenadante nos ensaios

Turbidez X X Diariamente da gua bruta e dossobrenadante nos ensaios

Temperatura X X Diariamente e nos ensaios

Alcalinidade X X Diariamente

Cor Aparente X X Diariamente da gua bruta e dos

sobrenadante nos ensaios

Cor Verdadeira Somente no incio X Diariamente

Condutividade X X Semanalmente

A temperatura da gua foi fixada na faixa de 251 C utilizando-se ebulidor eltrico para

aument-la, ou, gelo para diminu-la. O gelo utilizado era formado por meio de uma garrafa

Pet com 2 litros de gua, evidentemente que a garrafa mantinha-se fechada durante seu

contato com a gua de estudo.


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5. RESULTADOS E DISCUSSES

Neste item so apresentados os resultados obtidos e a sua discusso.

5.1 GUA TIPO I

A gua de estudo tipo I tem como caracterstica principal - elevada turbidez com valor

aproximado de 100 uT.

Os dados resultantes dos ensaios da gua tipo I esto nos ANEXOS de A a D, como segue:

Sulfato de alumnio ANEXO A

Cloreto frrico ANEXO B

Hidroxicloreto de alumnio ANEXO C

Sulfato frrico ANEXO D

Para permitir uma comparao entre os resultados dos quatro tipos de coagulantes, todos os

ensaios da gua tipo I foram realizados com os parmetros citados na TABELA 4.2 do

captulo anterior; estes parmetros so: para mistura rpida, Tmr=10s e Gmr=1000s-1; para

floculao, Tf=20min e Gf=25s-1; e com velocidades de sedimentao de 4cm/min e

2cm/min.

5.1.1. DIAGRAMA DE COAGULAO DO SULFATO DE ALUMNIO

Nas FIGURAS 5.1 e 5.2, pode-se verificar que a curva com o menor valor de turbidez

remanescente a curva de 5 uT. A TABELA 5.1 fornece os resultados das faixas otimizadas

de pH e dosagens de coagulantes. As dosagens de coagulantes nos grficos esto nas formas:

esquerda - produto comercial em miligramas por litro - e direita - alumnio em


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miligramas por litro. As velocidades de sedimentao consideradas foram de 4cm/min e

2cm/min.

Para o grfico da FIGURA 5.1, com Vs=4cm/min, a regio otimizada para a curva de

turbidez remanescente com valor de 5uT tem os valores de pH entre 6,64 a 7,17 versus

dosagens de sulfato de alumnio Al2(SO4)3x 14,3 H2O entre 52 mg/l a 68 mg/l.

Sero analisados os grficos das FIGURA 5.2 e FIGURA 3.8 do captulo anterior,

considerando que ambos foram estudados com velocidade de sedimentao de 2cm/min e

com turbidez elevada. Nesta comparao importante a observao de que o coagulante

sulfato de alumnio utilizado neste estudo tem a frmula Al2(SO4)3x 14,3 H2O (PM=600), eo do outro estudo, tem a frmula Al2(SO4)3x 18 H2O (PM=666). O coagulante Al2(SO4)3 x

18 H2O tem mais gua nas suas molculas de constituio, conseqentemente, ele tem uma

concentrao de alumnio 10% menor em relao ao coagulante Al2(SO4)3x 14,3 H2O.

Considerando o grfico da FIGURA 5.2, nota-se que a regio otimizada para a curva com

valor de turbidez remanescente de 5uT, tem valores de pH entre 6,45 e 7,47 versus dosagens

de sulfato de alumnio Al2(SO4)3x 14,3 H2O entre 32 mg/l e valores maiores que 80 mg/l. Na

FIGURA 3.8, a regio com melhores resultados encontra-se para os valores de pH entre 6,4 e8,0, e com dosagens de sulfato de alumnio Al2(SO4)3 x 18 H2O entre 42mg/l e 80 mg/l.

Considerando-se as diferenas nas concentraes de alumnio no coagulante, este mesmo

intervalo de dosagens corresponde de 37,8 mg/l a 72,0 mg/l.

Desta forma, pode-se concluir que tanto a gua deste estudo com turbidez de 100uT, quanto

do estudo de DI BERNARDO et al(1993), determinaram no grfico de pH de coagulao

versus dosagens de coagulante, regies prximas, apesar de que a gua preparada neste

estudo foi com substncias hmicas (comercial), e a gua do outro estudo, foi com

substncias hmicas naturais.


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TABELA 5.1 Regies dos Diagramas de Coagulao com Sulfato de Alumnio e Valores

de Turbidez Remanescente gua Tipo I

TURBIDEZ

REMANESCENTE

(uT)

5 10 5 1

0

VELOCIDAD

EDE

SEDIMENTA

O

(cm/min)

4 4 2 2

D

OSAGENSDE

ALUMNIO

(mgdeA!/l)

2,34-3,06

1,48-3,38

1,44->3,60

1,12->3,60

DOSAGENS

DESULFATO

DEALUMNIO

1(mg/l)

52-68

33-75

32->80

25->80

FAIXADEpH

DE

COAGULAO

VARR

EDURA

6,64-7,17

6,42-7,29

6,45-7,47

6,42-7,73

-

NocasodaVs=4cm/min,notou-sequeacurvadeturbidezrema

nescentede15uT,nosofreu

alteraosignificativadasfaixasdepHedosagemdocoagulantecomrelaocurvade10uT.

-

Nota-sequequantomenoravelocidadedesedimentao,maior

aregiodeabrangnciada

curvacomamesmaturbidezremanescente.

-

NocasodaVs=2cm/min,observou-sequeacurvadeturbidezrem

anescentede10uT,nosofreu

alteraosignificativadasfaixasdepHedosagemdocoagulantecomrelaocurvade5uT.

REGIO

A B C DOBSERVAES

1produto comercial com 8,5% de Al2O3 .


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TABELA 5.2 Regies dos Diagramas de Coagulao com Cloreto Frrico e Valores de

Turbidez Remanescente gua Tipo I

TURBIDEZ

REMANESCENTE

(uT)

5 10 5 1

0

VELOCIDAD

EDE

SEDIMENTA

O

(cm/min)

4 4 2 2

D

OSAGENSDE

FERRO

(mgdeFe/l)

3,11-10,55

2,03->10,82

1,76->10,82

-

DOSAGENSDE

CLORETO

FRRICO1

(mg/l)

23-78

15->80

13->80

-

FAIXA

DEpH

D

E

COAGU

LAO

VARRE

DURA

5,90-6,71

5,75-7,47

5,84-7,41

-

-

N

ocasodaVs=4cm/min,notou-s

equeacurvadeturbidezremanescentede15uT,nosofreu

alteraosignificativadasfaixasde

pHedosagemdocoagulantecom

relaocurvade10uT.

-

N

ota-sequequantomenoravelocidadedesedimentao,maioraregiodeabrangnciadacurva

comamesmaturbidezremanescente.

-

N

ocasodaVs=2cm/min,observou-sequeacurvadeturbidezremanescentede10uT,nosofreu

alteraosignificativadasfaixasde

pHedosagemdocoagulantecom

relaocurvade5uT.

REGIO

A B C DOBSERVAES

1produto comercial com 39,30% de FeCl3 .


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75/233

58


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5.1.3. DIAGRAMA DE COAGULAO DO HIDROXICLORETO DE ALUMNIO

Este coagulante no muito utilizado nas estaes de tratamento de gua do Brasil, noentanto, possui algumas caractersticas interessantes, como, por exemplo, sua atuao em

uma extensa faixa de pH.

Pode ser verificado nas FIGURAS 5.5 e 5.6, que a curva com menor valor de turbidez

remanescente de 5 uT.

A TABELA 5.3 fornece os resultados das faixas otimizadas de pH e turbidez remanescente

para velocidades de sedimentao de 4cm/min e 2cm/min.

No desenvolvimento do experimento notou-se que, logo aps o incio da floculao, na

maioria dos ensaios ocorreu rapidamente a formao dos flocos, o que no foi constatado

com os outros coagulantes. Um outro fato interessante que a floculao somente aconteceu

para valores de pH acima de aproximadamente 6,90; logo abaixo deste valor de pH, neste

estudo, no houve formao de flocos. Acima do valor de pH=6,90, a turbidez remanescente

fica com valores baixos por uma longa faixa de pH (acima de 10).

Observa-se na FIGURA 5.5 que a regio com melhor desempenho (5uT) encontra-se no

intervalo de valores de pH entre 6,85 a 7,39, versus valores de dosagens do coagulante

hidroxicloreto de alumnio com valores de 16 mg/l a valores maiores que 65 mg/l.

Para o grfico da FIGURA 5.6, observa-se que a regio otimizada situa-se no intervalo de

valores de pH entre 6,73 e 8,63, correspondendo valores de dosagens do hidroxicloreto de

alumnio de 13 mg/l a valores maiores que 65 mg/l.


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TABELA 5.3 Regies dos Diagramas de Coagulao com Hidroxicloreto de Alumnio e

Valores de Turbidez Remanescente gua Tipo I

1produto comercial com 16,80% de Al2O3.

TURBIDEZ

REMANESCENTE

(uT)

5 10

15

20 5 1

015

VELOCIDA

DEDE

SEDIMENT

AO

(cm/mi

n)

4 4 4 4 2 2 2

DOSAGENS

DE

ALUMNIO

(mgdeA!/l)

1,42->5,78

1,16->5,78

0,89->5,78

5,78

1,16->5,78

5,78

-

DOSAGENSDE

HIDROXICLO-

RETODE

ALUMNIO1

(mg/l)

16->65

12->65

10->65

65

13->65

65

-

FAIXADEpH

DE

COA

GULAO

VARREDURA

6

,85-7,30

6

,70-8,60

6

,70-9,80

6

,70-9,80

6

pavanelli+g (1)

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