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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
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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.
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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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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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ANEXO G Ensaios HCA gua II....................................................................180
ANEXO H Ensaios SF gua II........................................................................194
7 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS...............................................................213
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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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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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FIGURA 5.1 - Grfico com Valores de pH versus Dosagem do Coagulante Sulfato
de Alumnio - gua I - Turbidez de 100uT - Vs=4cm/min........................................53
FIGURA 5.2 - Grfico com Valores de pH versus Dosagem do Coagulante Sulfato
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
FIGURA 5.6 - Grfico com Valores de pH versus Dosagem do Coagulante
Hidroxicloreto de Alumnio - gua I - Turbidez de 100uT -
Vs=2cm/min................................................................................................................62
FIGURA 5.7 - Grfico com Valores de pH versus Dosagem do Coagulante Sulfato
Frrico - gua I - Turbidez de 100uT - Vs=4cm/min................................................65
FIGURA 5.8 - Grfico com Valores de pH versus Dosagem do Coagulante Sulfato
Frrico - gua I - Turbidez de 100uT - Vs=2cm/min................................................66
FIGURA 5.9 - Grfico com Valores de pH versus Dosagem do Coagulante Sulfato
de Alumnio - gua II - Cor Verdadeira de 100uC -
Vs=2cm/min................................................................................................................70
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FIGURA 5.10 - Grfico com Valores de pH versus Dosagem do Coagulante Sulfato
de Alumnio - gua II - Cor Verdadeira de 100uT -
Vs=1cm/min................................................................................................................71
FIGURA 5.11 - Grfico com Valores de pH versus Dosagem do Coagulante Cloreto
Frrico - gua II - Cor Verdadeira de 100uC -
Vs=2cm/min................................................................................................................74
FIGURA 5.12 - Grfico com Valores de pH versus Dosagem do Coagulante Cloreto
Frrico - gua II - Cor Verdadeira de 100uT -Vs=1cm/min................................................................................................................75
FIGURA 5.13 - Grfico com Valores de pH versus Dosagem do Coagulante
Hidroxicloreto de Alumnio - gua II - Cor Verdadeira de 100uC -
Vs=2cm/min................................................................................................................78
FIGURA 5.14 - Grfico com Valores de pH versus Dosagem do Coagulante
Hidroxicloreto de Alumnio - gua II - Cor Verdadeira de 100uT -
Vs=1cm/min................................................................................................................79
FIGURA 5.15 - Grfico com Valores de pH versus Dosagem do Coagulante Sulfato
Frrico - gua II - Cor Verdadeira de 100uC -
Vs=2cm/min................................................................................................................82
FIGURA 5.16 - Grfico com Valores de pH versus Dosagem do Coagulante Sulfato
Frrico - gua II - Cor Verdadeira de 100uT -
Vs=1cm/min................................................................................................................83
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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
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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
Valores de Turbidez Remanescente gua Tipo I.......................................................56
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
Valores de Turbidez Remanescente gua Tipo I.......................................................64
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
Valores de Turbidez Remanescente gua Tipo II......................................................73
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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TABELA 5.8 Regies dos Diagramas de Coagulao com Sulfato Frrico e
Valores de Turbidez Remanescente gua Tipo II......................................................81
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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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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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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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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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. 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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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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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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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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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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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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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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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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])([
]].[)([
)(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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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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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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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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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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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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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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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