FLORIANÓPOLIS, SC, OUTUBRO 2004

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

CENTRO TECNOLÓGICO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA

QUÍMICA E ENGENHARIA DE ALIMENTOS

Disciplina: EQA 5517- Laboratório de Engenharia Química

Tema: Teste dos Jarros

Prática viabilizada pelo Projeto Fungrad 2003-processo no

322/2003

Coordenador: Prof. Hugo Moreira Soares

Profs. Ayres Ferreira Morgado, Carlos Alberto Franca

Dantas, Técnico de Laboratório Bel em Química e MsC

Nilton Cézar Pereira e Mestranda Neiva Campregher

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OBJETIVOS: Determinar a dosagem ótima e mínima e o p-H ótimo de coagulante para o tratamento de água e efluentes aquosos. Estes dados subsidiam no projeto e são essenciais na operação dos decantadores para a melhor combinação de produtos químicos que produzirão a qualidade final desejada da água ou efluente clarificado. De forma abrangente, os resultados do teste dos jarros poderão ser utilizados em (ABTCP, 1994):

Seleção do coagulante principal; Comparação entre auxiliares de coagulação; Otimizar o p-H exato para a adição dos produtos químicos; Estudar as condições para os tempos exatos para mistura e consumo energético de

agitação (mistura rápida e floculação); Otimização do ponto de adição dos auxiliares de coagulação; Estimar as condições de diluição para os coagulantes; Estimar as condições para a sedimentação livre para o projeto do tanque de

sedimentação; Estudar os efeitos da mistura rápida na energia de mistura; Avaliar os efeitos do reciclo do lodo.

Equipamentos: JAR Test marca Ética, modelo 218-1, provido de seis frascos de 0l L cada, munido de agitador, iluminação fluorescente , medidor de p-H Reagentes: Sulfato de Alumínio (Alumem), poliacrilamida de alto peso molecular (PAM), auxiliares de decantação (NaOH, HCl,), água bruta ou efluente industrial aquoso. Os coagulantes e auxiliares de coagulação são preparados na conc. de 1 %. A quantidade em ppm de sulfato de alumínio utilizada está na faixa de 10-40 (o teor depende da turbidez), a quantidade de polieletrólito de 1-15 ppm (Santos Filho, p.24). Vidraria: pipetas de 1,00 e 5,00 mL; béqueres de 250 e 500 mL; provetas de 200 mL. Teoria:A maior dificuldade encontrada nos sistemas de decantação é o controle da coagulação-floculação e sedimentação das partículas de tamanho na faixa coloidal. Devido ao grande número de variáveis envolvidas no processo causador da sedimentação destas partículas, o teste dos jarros mostrou ser uma alternativa mais rápida e simples de avaliação das condições de sedimentação do que os medidores de potenciais zeta e outras análises físicas e químicas da água (Cohen, p.117). As dosagens dos coagulantes variam com o p-H,

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turbidez, alcalinidade, temperatura da água, impurezas em suspensão e em dissolução. Numa estação de tratamento de água ou de efluente a contínua variação nestas variáveis, demonstrou ser o teste dos jarros um método de acompanhamento e controle eficaz no dia a dia da operação das condições de sedimentação. As fases do ensaio do teste dos jarros correspondem na prática as três etapas do processo: dispersão rápida do coagulante (coagulação), floculação e decantação. A quantidade exata de coagulante a ser determinada e o p-H ótimo para que ocorra esta sedimentação será determinada pela adição de quantidades crescentes do coagulante num p-H predeterminado. Mecanismo da coagulação: o termo “coagulação”, deriva da palavra Latina coagulare, que significa juntar. A coagulação descreve o efeito produzido pela adição de um produto químico a uma dispersão coloidal. Esta adição provoca uma desestabilização das partículas através da redução do potencial zeta (forças que provocam a separação das partículas). Conforme disse, a adição do coagulante apropriado faz com que as partículas aglomerem através do estabelecimento de contato entre elas. O processo da coagulação feito sob condições de forte agitação ocorre num curto intervalo de tempo (30 a 60 segundos). Ocorre nesta etapa a formação de partículas de tamanho submiscroscópico, que estarão propícias a realizar a etapa seguinte de floculação. A floculação deriva do verbo Latino floculare, que significa formar um flóculo ou um ajuntamento de partículas semelhante a um feixe de partículas fibrosas e porosas (como um feixe de lã). A etapa da aglomeração das partículas é feita após a coagulação na fase de mistura rápida. O normal da floculação é ser feita em 10 a 15 minutos com agitação moderada. No entanto, podem ocorrer situações onde é preciso ter de 20 a 60 minutos de floculação. A última etapa é a sedimentação. No teste dos jarros esta etapa é feita sem agitação, onde se espera de 10 a 20 minutos para que os flocos formado sedimentem sem haver o seu rompimento devido ao cisalhamento. Nas estações de tratamento, a turbulência, normalmente é provocado por dispositivos hidráulicos como os ressaltos hidráulicos (ex. calha Parshall). Com o objetivo de fixar a maneira mais exata da dose do coagulante, o ensaio poderá ser repetido usando-se acréscimos menores de um jarro para outro em torno do valor estabelecido no primeiro ensaio. Num primeiro teste, adicionaremos quantidades de coagulante nos béqueres de acordo com a turbidez da água, os quais, estarão em diferentes p-H. Neste teste será escolhido a dose ótima e o p-H que forneceu boa floculação por comparação visual. A dose escolhida de coagulante no primeiro teste será inferida, a partir da tabela II, a seguir, de acordo com a turbidez da água. A quantidade de corretivo de p-H , será aquela que forneça, p-Hs entre 5,5-9,0. No segundo teste, coloca-se quantidades crescentes de coagulante, corrigindo o p-H em cada béquer para o p-H ótimo determinado no primeiro ensaio, para o ótimo pela adição do

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corretivo de p-H. Adiciona-se quantidades crescentes de coagulante, do béquer 1 ao béquer 6. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL- 1.Primeiro teste coloca-se amostra de água ou efluente 1 (hum) litro, em cada copo do Jar test. Mede-se o p-H desta água bruta com o medidor de p-H. Anotar o valor: p-H da água bruta. 2. Nos copos são mergulhadas as palhetas do agitador, as quais são colocadas a girar lentamente, para manter a suspensão em condições equilibradas. Em seguida, sob agitação vigorosa (0,9 m/s) durante 01 minuto, deverá ser adicionados os produtos coagulantes (e corretivo de p-H) simultaneamente (etapa de geração dos núcleos de flocos). Esta etapa nas estações de tratamento é denominada de mistura rápida, onde ocorre alto cisalhamento. Caso tenhamos a adição de auxiliar de coagulação (polieletrólito do tipo PAM), este deverá ser adicionado em seguida ao sulfato de alumínio. Adiciona-se em cada béquer, a mesma quantidade de coagulante, e, quantidades diferentes de corretivo do p-H. De preferência, deve ser obedecida a ordem de colocação dos reagentes conforme é feita nas estações de tratamento: corretivo do p-H, auxiliares de coagulação e coagulante. .Terminado o período de agitação rápida, diminui-se a agitação para 0,3 m/s, deixando nesta faixa por 15-20 minutos, para favorecer o crescimento dos flocos. Terminados este tempo, desliga-se o aparelho e aguarda-se por 8 a 10 minutos; tempo necessário para que a maior parte dos flocos formados possam decantar. Verifica-se então em que copo com quantidade de coagulante produziu boa decantação, ou seja, onde a água se apresenta mais clarificada. A dose de coagulante usada neste copo é a que deverá ser empregada para o tratamento da água (quantidade econômica para a decantação) e que será usada no teste seguinte para a determinação do p-H ideal.Os resultados comporão uma planilha de acordo com a tabela 1. Repetir o mesmo procedimento que o anterior, verificando no final qual o p-H que forneceu melhores condições de decantação (maior volume de precipitado) e sobrenadante mais claro. Este p-H é o p-H ótimo para a decantação, compondo uma folha de resultados como o mostrado pela tabela 2, a seguir. Tab.1 Resultados da dose ideal de coagulante e p-H ótimo Béquer

coagulante auxiliar de coagulação

Corretivo do p-H (NaOH) ou HCl

p-H após a coagulação

Resultado final (aval.visual)

Vol. Conc. Vol. Conc. Vol. Conc. 01 02 03

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04 05 06 Adaptado de: Dias e Hickel, ENQ/UFSC, 1982 Tabela 2, Resultados da quantidade mínima para a clarificação

Coagulante Béquer Amostra de água ou efluente, p-H mL

mg/L

p-H

Aspecto da clarificação

01 02 03 04 05 06 Adaptado de: Dias e Hickel, ENQ/UFSC, 1982 O coagulante mais estudado e empregado na clarificação de águas e espessamento de efluentes é o sulfato de alumínio. Na tabela 3, a seguir, tem-se dados valores médios a ser empregados de sulfato de alumínio em função da turbidez da água. Tabela 3, Valores estimados para a adição de sulfato de Al como coagulante em águas em função de sua turbidez

Coagulante (mg/L) Turbidez Mínimo Médio Máximo

10 5 10 17 15 8 14 20 20 11 17 22 40 13 19 25 60 14 21 25 80 15 22 30 100 16 24 32 150 18 27 37 200 19 30 42 300 21 36 51 400 22 39 62 500 23 42 70 Adaptada de:Westphal Verani, Dias & Hickel, 1982

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Na tabela 4, a seguir, tem-se as estimativas feitas por Hazen de turbidez para águas turvas e as necessidade de sulfato de alumínio para corrigi-las. Tabela 4, estimativas de Hazen para águas turvas Turbidez Sulfato de Al

(mg/L) Turbidez Sulfato de Al

(mg/L). Turbidez Sulfato de Al

(mg/L). 50 12 400 42 1000 70 100 17 500 49 1250 78 150 22 600 55 1500 84 200 27 700 60 1750 90 250 31 800 64 2000 95 300 34 900 67 2500 105 Adaptado de: Westphal Verani, Dias & Hickel, 1982 REFERÊNCIAS 1. WESTPHAL VERANI, L. H., DIAS, W., HICKEL, R., Teste dos Jarros, em: Química Tecnológica Geral B (mimeografado), ENQ/UFSC, 1982 2.COHEN, J.M., HANNAH, S.A.,Coagulacion y Floculacion, em: Control de Calidad y Tratamiento del Agua, preparado por: AWWA, , McGRAW-HILL, Madrid, 1975 4. SANTOS, D.F., Tecnologia de Tratamento de água, Editora Nobel, RJ, 1981 5. CAPELLINE, G.A.,Et al., Drew Princípios de Tratamento de Água Industrial, Editado por: Drew Produtos Químicos LTDA, SP, 1986 6. MORGADO, A. F., Águas Naturais –apostila ENQ/UFSC, 1999 7. ARAÚJO, J.A.,ABTCP, Curso : O uso do potencial zeta na indústria de papel, 10 a 12 de Maio de 1994, São Paulo, SP.