pac x tanfloc

Anlise preliminar comparativa da utilizao de coagulantes orgnicos e inorgnicos para o

tratamento de gua

Glucia Zanetti Souza (UEPG) E-mail: [email protected] Camila Navarini (UEPG) E-mail: [email protected] Giovana Katie Wiecheteck (UEPG) E-mail [email protected]

Elaine Carvalho da Paz (Sanepar) E-mail: [email protected]

Resumo: O presente trabalho apresenta uma anlise preliminar comparativa de utilizao de um polmero natural (Tanfloc ) e do policloreto de alumnio (PAC) como agentes de coagulao e floculao no tratamento de guas para consumo. A comparao, efetuada em termos de eficincia, analisou os parmetros fsico-qumicos e organolpticos bsicos de pH, turbidez, alcalinidade, cor e ferro, medidos aps o teste de jarros. Foram utilizadas concentraes operacionais de coagulante. Os resultados preliminares obtidos demonstraram que o coagulante natural apresenta eficincia quanto aos parmetros analisados, indicando a viabilidade de continuidade da pesquisa.

Palavras-chave: coagulao, floculao, polmero natural.

1. Introduo As tecnologias de tratamento de gua apresentam diversos processos e operaes unitrias responsveis pela adequao da gua bruta aos padres de potabilidade estabelecido por legislao vigente (MINISTRIO DA SADE, 2011). Para enquadramento nos padres de potabilidade, o processo de tratamento mais simples engloba as etapas de decantao e filtrao (BABBITT et al., 1976). A etapa de decantao ocorre a partir dos processos de coagulao, floculao, sedimentao e decantao propriamente dita. O processo de coagulao/floculao promove a remoo de substncias coloidais, ou seja, material slido em suspenso (cor) e/ou dissolvido (turbidez) (AZEVEDO NETO et al., 1979). A coagulao o processo atravs do qual o agente coagulante adicionado gua, reduz as foras que tendem a manter separadas as superfcies em suspenso. A floculao a aglomerao dessas partculas por meio de transporte de fluido, formando partculas maiores que possam sedimentar (RICHTER & AZEVEDO NETO, 2007). A adio de agentes qumicos, denominados de eletrlitos, promove a coagulao, neutralizando as foras de repulso entre as partculas coloidais, por meio de mecanismos de ligao qumica e de adsoro na superfcie da partcula coloidal. Para que o processo de coagulao seja eficiente, este deve ser realizado por meio de agitao intensa (mistura rpida) para que ocorram interaes entre o coagulante e a gua (DI BERNARDO & DANTAS, 2005). No Brasil, o processo padro de tratamento de gua o de tratamento convencional de ciclo completo, que engloba as etapas de coagulao, floculao, decantao/flotao, filtrao (que pode ser ascendente ou descendente), desinfeco, fluoretao e correo de pH (RICHTER & AZEVEDO NETO, 2007). Os produtos coagulantes mais utilizados em processos de mistura rpida so aqueles a base de sais inorgnicos metlicos. A utilizao de agentes coagulantes tradicionais base de sais

inorgnicos metlicos no processo de tratamento de gua para consumo humano, como, por exemplo, sais de alumnio, requerem rgido controle sobre o residual de alumnio na gua tratada (KAWAMURA, 1991; CLAYTON, 1989). O policloreto de alumnio PAC (Aln(OH)m(Cl3)n-m) um agente coagulante inorgnico no biodegradvel que acrescenta elementos qumicos gua ou ao lodo gerado no processo de tratamento de gua. Como este lodo possui caractersticas inorgnicas e um elevado teor de umidade, sua disposio final torna-se difcil e onerosa (SANEPAR, 2012). Alm disso, a base matriz do PAC de um elemento no renovvel na natureza, o que sinaliza a busca por agentes coagulantes alternativos ambientalmente mais compatveis (DA SILVA, 1999). A utilizao de coagulantes orgnicos, que possam ser utilizados de forma individual ou em conjunto com outros sais inorgnicos coagulantes tradicionais, vem se tornando cada vez mais uma alternativa atrativa, visando minorao de residuais de compostos metlicos no processo de tratamento de gua (KONRADT-MORAES et al., 2008). Os coagulantes orgnicos apresentam vrias vantagens em relao aos coagulantes inorgnicos por serem biodegradveis e no-txicos, e ainda produzirem lodo em menor quantidade e isento de sais metlicos, o que facilita a sua compostagem e disposio final (KAWAMURA, 1991). Em relao a custos, os biopolmeros catinicos apresentam ainda um custo superior aos dos coagulantes inorgnicos (VAZ et al., 2010). Um dos coagulantes orgnicos atualmente utilizados so os taninos. Os taninos atuam em sistemas de partculas coloidais, neutralizando cargas e formando pontes entre estas partculas, sendo este processo responsvel pela formao de flocos e conseqente sedimentao (GRAHAM et al., 2008). Dentre as vantagens dos coagulantes a base de tanino, destaca-se a manuteno do pH da gua tratada por no consumir alcalinidade do meio, ao mesmo tempo em que efetivo em uma faixa de pH de 4,5 8,0 (BARRADAS, 2004; DA SILVA, 1999). Outras vantagens com relao ao uso de taninos vegetais como coagulantes seriam: a propriedade de adsoro dos metais dissolvidos na gua, aglutinando-os por precipitao no meio, facilitando assim a sua remoo; e a eliminao ou reduo da toxidez existente na gua oriunda de fontes contendo cianofceas ou bactrias clorofiladas (DA SILVA, 1999). O agente coagulante a base de tanino, Tanfloc SL, da empresa Tanac S/A um polmero orgnico catinico obtido a partir do processo de lixiviao da casca da Accia negra (Accia mearnsii de wild), de baixa massa molecular, constitudo basicamente por um tanatoquartenrio de amnio (TANAC, 2008). Neste trabalho estudou-se a comparao da eficincia na remoo de turbidez e cor aparente em ensaios de coagulao, floculao e decantao, utilizando-se dois tipos de coagulantes, a saber, o PAC e o Tanfloc SL.

2. Materiais e mtodos Em geral, os estudos para avaliar a eficincia das etapas de coagulao, floculao e decantao, em estaes de tratamento de gua ETA, so realizados em escala de laboratrio, de acordo com as caractersticas da gua bruta, utilizando equipamento de Jar-Test.

Os ensaios para determinao dos parmetros fsico-qumicos e organolpticos e, posterior comparao de eficincia, foram realizados com a gua bruta oriundas do Rio Tibagi, no municpio de Tibagi, Rio So Cristovo, no municpio de Castro, e Rio Furneiros, no

municpio de Imba, todos no Estado do Paran. Os coagulantes empregados foram PAC e Tanfloc SL. Os ensaios de coagulao/floculao/sedimentao foram realizados em aparelho Jar-Test, com capacidade de 2 litros. A gua bruta superficial foi captada na tomada das ETAs, sendo devidamente caracterizada no momento da coleta e durante a execuo dos ensaios para a verificao da homogeneidade das caractersticas da gua a ser utilizada nos experimentos. A concentrao adotada para os coagulantes inorgnico e orgnico foram as operacionais de cada ETA, para o turno 1 de operao (das 6:00 h as 12:00 h). Para as gua bruta e gua decantada, foram medidos os parmetros: turbidez, pH, cor, alcalinidade e ferro. Em adio, para a gua bruta foi medida tambm a temperatura, uma vez que a temperatura influi significativamente na viscosidade da gua. Determinou-se a temperatura com o uso de um termmetro de mercrio graduado por imerso do mesmo na amostra, sendo a medida em graus Celsius. Para medio da turbidez foi utilizado o mtodo nefelomtrico, isto , medida da turbidez nefelomtrica que uma medida emprica da turbidez baseada nas medidas das caractersticas difusoras da luz (Efeito Tyndall) da matria em suspenso em uma amostra e dada em unidade de turbidez nefelomtica (uTN) (SANEPAR, 2012). Para medio do pH foi utilizado o mtodo ponteciomtrico atravs de um aparelho denominado pHmetro. A cor aparente foi medida em unidade Hazen (uH) e determinada por comparao visual entre solues utilizando o aparelho Aquatester. A medida da alcalinidade de fundamental importncia durante o processo de tratamento de gua, pois, em funo do seu teor que se estabelece a dosagem dos produtos qumicos utilizados no processo de tratamento. O mtodo utilizado para determinao foi o de ponto de viragem em titulao com cido sulfrico, medida em mg/L de CaCO3 (carbonato de clcio). A medida de ferro foi efetuada por comparao colorimtrica de soluo titulada utilizando um aparelho denominado colormetro. O teste dos jarros foi o mtodo aplicado para aplicao das dosagens operacionais dos coagulantes em estudo. Foram adotados os tempos e gradientes de velocidade revertido para nmero de rotaes por minuto (r.p.m.), conforme a curva operacional de cada aparelho operacionais de cada ETA. Aps o trmino das etapas de coagulao/floculao/sedimentao, para os coagulantes estudados, foi coletada uma amostra de aproximadamente 20 mL de cada cuba, que foram posteriormente analisadas em funo da remoo de cor, turbidez, pH, alcalinidade e remoo de ferro para a avaliao da eficincia dos processos. Com os dados obtidos construram-se as tabelas de resultados. A eficincia do processo foi estimada, por meio da capacidade de remoo de cor, turbidez e ferro, bem como manuteno do pH e alcalinidade da gua coagulada. 3. Resultados e discusses Os quadros 1 a 3, a seguir, apresentam os resultados dos ensaios utilizando o PAC.

Quadro 1 Ensaio com PAC para gua do Rio Tibagi

gua bruta do Rio Tibagi Tibagi

Temperatura (C) pH Turbidez (unT) Cor aparente (uH) Alcalinidade Ferro

23,9 6,75 77,7 25 15 1,37

Produto: PAC Concentrao: 1% Volume do Jar-test: 2 l

Gradiente de coagulao: 70 s-1 Tempo de coagulao: 30 s Gradiente de floculao: 30 s-1 e 20 s-1 Tempo de floculao: 5 min. e 10 min.

Jarro Dosagem de coagulante

(ppm)

gua decantada

pH Turbidez remanescente (unT)

Cor aparente (uH) Alcalinidade Ferro

1 6 6,79 29,6 25 15 0,80 2 8 6,77 11,0 25 13 0,33 3 10 6,69 4,64 25 13 0,25 4 12 6,64 4,62 20 11 0,20 5 14 6,48 7,80 20 12 0,26 6 16 6,43 64,8 25 13 0,38

Da anlise do Quadro 1, verificou-se que a melhor dosagem para remoo de cor e turbidez foi a do jarro 4 com 12 ppm de PAC, contudo, o valor medido est acima do valor de 3 unT indicado pela Portaria MS-2914/2011 para a gua decantada, indicando readequao na dosagem do coagulante. A gua bruta apresentou alcalinidade menor do que a faixa indicada para utilizao do PAC que de 18 a 22. A melhor dosagem de PAC imprimiu uma diminuio na capacidade da gua decantada de neutralizar cidos, o que poder influenciar negativamente nos processos seguintes do tratamento. Para o pH, verificou-se um decrscimo do mesmo na gua decantada, contudo, apesar de ser um pH cido, este manteve-se prximo do pH neutro e acima do valor mnimo de 6 da faixa de atuao do PAC. O PAC mostrou-se ainda eficiente na remoo do ferro, com valor abaixo de 0,3 mg/L indicado pela Portaria MS-2914/2011 e na remoo da cor aparente.

Quadro 2 Ensaio com PAC para gua do Rio So Cristovo

gua bruta do Rio So Cristovo Castro


25,5 6,29 13,6 25 37 1,66


Gradiente de coagulao: 70 s-1 Tempo de coagulao: 15 s Gradiente de floculao: 20 s-1 Tempo de floculao: 15 min.


(ppm)

gua decantada



1 5 6,48 7,87 25 30 1,17 2 7 6,37 2,20 20 31 0,38 3 9 6,32 1,93 20 39 0,31 4 11 6,37 1,22 10 36 0,29 5 13 6,32 1,31 15 34 0,23 6 15 6,32 1,23 20 32 0,22

Da anlise do Quadro 2, verificou-se que a melhor dosagem para remoo de cor e turbidez foi a do jarro 4 com 11 ppm de PAC, com valor medido abaixo do valor de 3 unT indicado pela Portaria MS-2914/2011 para a gua decantada. A gua bruta apresentou alcalinidade maior do que a faixa indicada para utilizao do PAC que de 18 a 22. A melhor dosagem de PAC imprimiu uma diminuio na alcalinidade, mas mantendo-a ainda com um valor aceitvel para manuteno dos processos seguintes de tratamento.

Para o pH, verificou-se um acrscimo do mesmo na gua decantada, prximo do pH neutro e acima do valor mnimo de 6 da faixa de atuao do PAC. O PAC mostrou-se ainda eficiente na remoo do ferro, com valor abaixo de 0,3 mg/L indicado pela Portaria MS-2914/2011 e na remoo da cor aparente.

Quadro 3 Ensaio com PAC para gua do Rio Furneiros

gua bruta do Rio So Furneiros Imba


18,0 7,25 22,1 25 24 1,44


Gradiente de coagulao: 130 s-1 Tempo de coagulao: 30 s Gradiente de floculao: 30 s-1, 25 s-1 e 20 s-1 Tempo de floculao: 5 min. para cada gradiente


(ppm)

gua decantada



1 6 7,29 25,1 25 SD SD 2 8 7,31 17,8 25 SD SD 3 10 7,25 4,95 20 20 0,36 4 12 7,21 3,77 17,5 19 0,35 5 14 7,19 2,53 17,5 19 0,19 6 16 7,14 2,35 17,5 19 0,15

SD sem determinao.

Da anlise do Quadro 3, verificou-se que a melhor dosagem para remoo de cor e turbidez foi a do jarro 6 com 16 ppm de PAC, com valor medido abaixo do valor de 3 unT indicado pela Portaria MS-2914/2011 para a gua decantada. Como a melhor dosagem ocorreu no ltimo jarro, indica-se a repetio deste ensaio utilizando a dosagem de 16 ppm como central e abertura de nova faixa. A gua bruta apresentou alcalinidade maior do que a faixa indicada para utilizao do PAC que de 18 a 22. A melhor dosagem de PAC imprimiu uma diminuio na alcalinidade, mas

mantendo-a ainda com um valor aceitvel para manuteno dos processos seguintes de tratamento.

Para o pH, verificou-se um decrscimo do mesmo na gua decantada, contudo, manteve-se um pH bsico, muito prximo do pH neutro e abaixo do valor mximo de 8 da faixa de atuao do PAC. O PAC mostrou-se ainda eficiente na remoo do ferro, com valor abaixo de 0,3 mg/L indicado pela Portaria MS-2914/2011 e na remoo da cor aparente. Os quadros 4 a 6, a seguir, apresentam os resultados dos ensaios utilizando o Tanfloc SL .

Quadro 4 Ensaio com Tanfloc SL para gua do Rio Tibagi

gua bruta do Rio Tibagi Tibagi


23,9 6,75 77,7 25 15 1,37

Produto: Tanfloc SL Concentrao: 1% Volume do Jar-test: 2 l

Gradiente de coagulao: 100 s-1 Tempo de coagulao: 30 s Gradiente de floculao: 30 s-1 e 20 s-1 Tempo de floculao: 5 min. e 10 min.


(ppm)

gua decantada



1 5 6,72 13,7 Sd 13 0,41 2 8 6,73 5,19 25 14 0,19 3 11 6,66 4,91 20 12 0,22 4 14 6,52 8,27 25 13 0,24 5 17 6,42 55,5 Sd 15 1,11 6 20 6,31 59,7 sd 16 1,11

Por recomendao do fabricante, a faixa de dosagem para o Tanfloc SL foi decrescida em 1 ppm para cada jarro e variada a cada 3 ppm. Da anlise do Quadro 4, verificou-se que a melhor dosagem para remoo de cor e turbidez foi a do jarro 3 com 11 ppm de Tanfloc SL , 1 ppm a menos que o PAC, com valor medido acima do valor de 3 unT indicado pela Portaria MS-2914/2011 para a gua decantada, semelhante ao PAC, indicando readequao na dosagem do coagulante. Tal como para o PAC, a melhor dosagem de Tanfloc SL imprimiu uma diminuio na capacidade da gua decantada de neutralizar cidos e decrscimo no valor do pH, que manteve-se cido, contudo, bem mais prximo do pH neutro do que na dosagem com PAC. O Tanfloc SL mostrou-se ainda eficiente na remoo do ferro, com valor abaixo de 0,3 mg/L indicado pela Portaria MS-2914/2011 e na remoo da cor aparente.

Quadro 5 Ensaio com Tanfloc SL para gua do Rio So Cristovo

gua bruta do Rio So Cristovo Castro


25,5 6,29 13,6 25 37 1,66


Gradiente de coagulao: 70 s-1 Tempo de coagulao: 15 s Gradiente de floculao: 20 s-1 Tempo de floculao: 15 min.


(ppm)

gua decantada



1 3 6,46 5,42 25 34 1,45 2 5 6,35 3,22 25 30 0,58 3 7 6,31 2,45 25 36 0,28 4 9 6,29 2,07 20 35 0,34 5 11 6,26 2,79 20 34 0,33 6 13 6,23 5,42 25 35 0,69

Por recomendao do fabricante, a faixa de dosagem para o Tanfloc SL foi decrescida em 2 ppm para cada jarro. Da anlise do Quadro 5, verificou-se que a melhor dosagem para remoo de cor e turbidez foi a do jarro 4 com 9 ppm de Tanfloc SL , 2 ppm a menos que o PAC, com valor medido abaixo do valor de 3 unT indicado pela Portaria MS-2914/2011 para a gua decantada, semelhante ao PAC. Tal como para o PAC, a melhor dosagem de Tanfloc SL imprimiu uma diminuio na capacidade da gua decantada de neutralizar cidos, mas mantendo-a ainda com um valor aceitvel, contudo, com manuteno no valor do pH, que se manteve cido e bem mais prximo do pH neutro do que na dosagem com PAC. Para o Tanfloc SL o valor de ferro ficou acima de 0,3 mg/L indicado pela Portaria MS-2914/2011, contudo, este um valor pretendido para a gua final tratada, indicando assim, que dever ser prevista a remoo do excedente nas etapas seguintes do tratamento e/ou readequao da dosagem do coagulante. O Tanfloc SL mostrou-se eficiente na remoo da cor aparente.

Quadro 6 Ensaio com Tanfloc SL para gua do Rio Furneiros

gua bruta do Rio So Furneiros Imba


18,0 7,25 22,1 25 24 1,44


Gradiente de coagulao: 130 s-1 Tempo de coagulao: 30 s Gradiente de floculao: 30 s-1, 25 s-1 e 20 s-1 Tempo de floculao: 5 min. para cada gradiente


(ppm)

gua decantada



1 3 7,22 22,1 25 20 1,13 2 6 7,20 18,8 25 20 0,98 3 9 7,19 5,43 15 22 0,29 4 12 7,20 2,63 15 20 0,14 5 15 7,18 2,78 15 21 0,16 6 18 7,05 21,4 25 20 0,93

Por recomendao do fabricante, a faixa de dosagem para o Tanfloc SL foi decrescida em 3 ppm para cada jarro e variada a cada 3 ppm. Da anlise do Quadro 6, verificou-se que a melhor dosagem para remoo de cor e turbidez foi a do jarro 4 com 12 ppm de Tanfloc SL , 4 ppm a menos que o PAC, com valor medido abaixo do valor de 3 unT indicado pela Portaria MS-2914/2011 para a gua decantada, semelhante ao PAC. Tal como para o PAC, a melhor dosagem de Tanfloc SL imprimiu uma diminuio na capacidade da gua decantada de neutralizar cidos, mas mantendo-a ainda com um valor bsico prximo do pH neutro. O Tanfloc SL mostrou-se ainda eficiente na remoo do ferro, com valor abaixo de 0,3 mg/L indicado pela Portaria MS-2914/2011 e na remoo da cor aparente. As Figuras 1 a 3, a seguir, apresentam os ensaios em Jar-test realizados.

(a) PAC

(b) Tabfloc SL

Figura 1 Ensaio em Jar-test para gua do Rio Tibagi

(a) PAC

(b) Tabfloc SL

Figura 2 Ensaio em Jar-test para gua do Rio So Cristovo

(a) PAC

(b) Tabfloc SL

Figura 3 Ensaio em Jar-test para gua do Rio Furneiros

4. Concluses Como avaliao preliminar geral, verificou-se que o Tanfloc SL apresenta comportamento como agente coagulante semelhante ao PAC, apresentando como vantagens a manuteno do

pH da gua decantada, maior remoo de turbidez e aplicao de menor dosagem de coagulante. Desta forma, conclui-se que a utilizao deste coagulante orgnico pode ser uma alternativa tcnica aos coagulantes convencionais, sendo vivel a continuidade da pesquisa. Como trata-se de anlise preliminar, os resultados e concluses apresentados no so suficientes para efetivao de testes em escala macro, devendo-se dar continuidade aos testes em bancada.

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Agradecimentos As autoras agradecem Companhia de Saneamento do Paran Sanepar, que disponibilizou os laboratrios, o PAC e suporte tcnico para efetivao dos ensaios, em especial ao Tec. Daniel Nunes, o Eng. Rafael Polak, Eng. Irineu Delai e Eng. Wandir Nogueira. Em adio, TANAC que disponibilizou o Tanfloc SL e suporte tcnico.

pac x tanfloc

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