UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO – UFMT

INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA – ICET

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

Arianne Nunes Dualibi

ESTUDO COMPARATIVO DA INFLUÊNCIA DO SULFATO DE ALUMÍNIO

LÍQUIDO E SULFATO DE ALUMÍNIO GRANULADO NA TURBIDEZ, COR E

NO VOLUME DE RESÍDUO GERADO NO TRATAMENTO DE ÁGUAS.

Cuiabá - MT

2010

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Arianne Nunes Dualibi

ESTUDO COMPARATIVO DA INFLUÊNCIA DO SULFATO DE ALUMÍNIO

LÍQUIDO E SULFATO DE ALUMÍNIO GRANULADO NA REMOÇÃO DE

TURBIDEZ, COR DA ÁGUA BRUTA E SUA RELAÇÃO NO VOLUME DE

RESÍDUO GERADO NO TRATAMENTO DE ÁGUAS.

Orientadora: Zoraidy Marques de Lima

Cuiabá - MT

2010

Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Departamento de Química do Instituto de Ciências Exatas e da Terra como requisito para obtenção do grau de Bacharelado em Química

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO – UFMT

INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA – ICET

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

ESTUDO COMPARATIVO DA NFLUÊNCIA DO SULFATO DE ALUMÍNIO LÍQUIDO E SULFATO DE ALUMÍNIO GRANULADO NA REMOÇÃO DE TURBIDEZ,COR DA ÁGUA BRUTA E SUA RELAÇÃO NO VOLUME DE

RESÍDUO GERADO NO TRATAMENTO DE ÁGUAS

Cuiabá - MT

2010

Arianne Nunes Dualibi

Orientadora: Drª Zoraidy Marques de Lima

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO – UFMT

INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA – ICET

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

ESTUDO COMPARATIVO DA NFLUÊNCIA DO SULFATO DE ALUMÍNIO LÍQUIDO E SULFATO DE ALUMÍNIO GRANULADO NA REMOÇÃO DE TURBIDEZ,COR DA ÁGUA BRUTA E SUA RELAÇÃO NO VOLUME DE

RESÍDUO GERADO NO TRATAMENTO DE ÁGUAS.

Monografia apresentada ao curso de graduação em Química do Departamento do Instituto de Ciências Exatas e da Terra, como parte dos requisitos para obtenção do grau de Bacharel em Química.

Arianne Nunes Dualibi

Orientadora: Zoraidy Marques de Lima

Drª.Zoraidy Marques de Lima

Esp. Maria Fátima dos Santos

Márcio de Jesus Mecca

DEDICATÓRIA

Dedico a realização deste trabalho aos meu pais Ruth Dualibi e Fadlo Dualibi, que sempre me apoiaram, incentivando sempre na busca do conhecimento, e ao meu companheiro de jornada Rafael E.D.Giustina pelo apoio e compreensão .

AGRADECIMENTO

Agradeço a Deus pela oportunidade e capacidade que me deu.

Agradeço a meus pais Ruth Dualibi e Fadlo Dualibi, pelo apoio, auxilio e incentivo que sempre me deram.

Agradeço ao meu companheiro, Rafael Eller pela cumplicidade e dedicação.

Agradeço a minha orientadora Zoraidy Marques de Lima

pela atenção, ajuda e paciência com que me orientou nesta jornada.

Agradeço a Maria Fátima dos Santos pelo auxilio e compreensão durante a realização deste trabalho

Agradeço aos operadores da ETA Tijucal, Aloísio, Firmo, Vital,Walter e demais pela ajuda e paciência que tiveram comigo durante os ensaios.

Agradeço aos companheiros de laboratório, Adriana Lousada Marinho e Ruberlei Godinho de Oliveira pela força e auxílio nos momentos deste trabalho.

ÍNDICE DE TEXTO

1.0 INTRODUÇÃO 132.0 OBJETIVO 142.1 OBJETIVO ESPECÍFICO 153.0 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 163.1 CARACTERÍSTICAS DA ÁGUA BRUTA. 163.1.1. POTENCIAL HIDROGÊNIO IÔNICO- pH 173.1.2. TURBIDEZ 183.1.3 COR. 183.1.4 TEMPERATURA. 183.1.5 ALCALINIDADE 193.1.6 ACIDEZ 204.0 PROCESSOS DE TRATAMENTO. 224.1 CAPTAÇÃO 234.2 CALHA PARSHALL 234.2.1COAGULAÇÃO 244.2.1.1 PROPRIEDADE DOS COAGULANTES 244.2.2 SULFATO DE ALUMÍNIO. 254.3 FLOCULADOR. 264.3.1 FLOCULAÇÃO 274.4 DECANTADORES 274.4.1 DECANTAÇÃO OU SEDIMENTAÇÃO. 274.5 FILTROS 284.5.1 FILTRAÇÃO 284.6 DESINFECÇÃO 304.6.1 CLORO 315.0 RESÍDUOS DE ETA. 335.1 RESÍDUOS DE SULFATO DE ALUMÍNIO 346.0 MATERIAL E MÉTODOS 346.1 ETA TIJUCAL 346.2.METODOLOGIA 356.2.1 METODOLOGIA PARA DOSAGEM DE REAGENTES 366.3 ENSAIO DA COAGULAÇÃO 376.3.1 PREPARO DO JAR TEST 376.3.2 CONE DE IMHOFF 386.3.3 MEDIÇÃO DOS PARAMETROS 387.0 RESULTADOS E DISCUSSÃO. 498.0 CONCLUSÃO 509.0 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 51

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 1 . Resultados das analises realizadas no 1º Ensaio de Bancada

referente a água bruta de turbidez 10,0 uT

40

Tabela 2 . Resultados das analises realizadas no 2º Ensaio de Bancada

referente a água bruta de turbidez de 211 uT

43

Tabela 3. Resultados das analises realizadas no 3º Ensaio de Bancada

referente a água bruta de turbidez 19,2 uT

44

Tabela 4 . Resultados das análises realizadas no 4º Ensaio de Bancada

referente a água bruta de turbidez 18,7 uT

46

Tabela 5: Valores referentes as características da água bruta e as dosagens

tidas como ótimas de Sulfato de Alumínio Granulado (SAG) e de Sulfato de

48

Alumínio Líquido (SAL)

ÍNDICE DE QUADROS

Quadro 1. Faixa de pH de trabalho para os principais coagulantes 16Quadro 2. Alcalinidade em função da faixa de pH 19Quadro 3 – Faixa de transição de indicadores utilizados na titulação para

determinação da alcalinidade

19

Quadro 4 - Expressão da acidez em relação ao pH. 20Quadro 5. Vantagens e desvantagens de alguns desinfetantes 29Quadro 6. Características do lodo de sulfato de alumínio em porcentagem 33

ÍNDICE DE FIGURAS

RESUMO

Um problema que tem gerado polemica na sociedade é a questão do destino dos

resíduos. Numa Estação de Tratamento de água esse efluente, ou resíduo solido é gerado

basicamente pelos processos de lavagem dos filtros e decantadores, devido à adição de

coagulantes. A quantificação do lodo gerado pode ser estimada pelo uso do Cone de

Imhoff sendo o resultado expresso em mL/h. O coagulante popularmente utilizado é o

sulfato de alumínio devido seu baixo custo monetário e disponibilidade de acesso

FIGURA 1.:Tipos de tratamento da água bruta que pode ser empregado na

Estação de Tratamento de água

21

FIGURA 2:Bomba de Captação da ETA TIJUCAL 22 FIGURA 3: Tubo de captação da ETA TIJUCAL 22FIGURA 4– Calha Parshall da ETA TIJUCAL 23FIGURA 5: Floculadores da ETA Tijucal. 26FIGURA 6: Filtros da ETA TIJUCAL 28FIGURA 7: Ponto de cloração da ETA TIJUCAL 30FIGURA 8: Resíduos providos da lavagem dos filtros 33FIGURA 9: Resíduo sólido de filtro da ETA TIJUCAL. 33FIGURA 10: Fluxograma das etapas realizadas 35FIGURA 11: Coleta da água bruta 36

FIGURA 12: Águas após a decantação de 15 minutos, momento da coleta da

água para análise dos parâmetros.

37

FIGURA 13: Águas após a decantação de 15 minutos, momento da coleta da

água para análise dos parâmetros.

39

FIGURA 14: Turbidez e Cor ap. encontrados x dosagem aplicada de SAG em

água bruta com turbidez de10,0 uT

41

FIGURA 15: Turbidez e Cor ap. encontrados x Dosagem aplicada de SAL em

água bruta com turbidez de10,0 uT

41

FIGURA 16: Turbidez e Cor ap. encontrados x Dosagem aplicada de SAG em

água bruta com turbidez de 211 uT

42

FIGURA 17: Turbidez e Cor ap. encontrados x Dosagem aplicada de SAL em

água bruta com turbidez de 211 uT

42

FIGURA 18: Turbidez e Cor ap. encontrados x Dosagem aplicada de SAG em

água bruta com turbidez de 19,2 uT

45

FIGURA 19: Turbidez e Cor ap. encontrados x Dosagem aplicada de SAL em

água bruta com turbidez de 19,2 uT

45

FIGURA 20: Turbidez e Cor ap. encontrados x Dosagem aplicada de SAG em

água bruta com turbidez de 18,7 uT

47

FIGURA 21: Turbidez e Cor ap. encontrados x Dosagem aplicada de SAL em

água bruta com turbidez de 18,7 uT

47

encontrando-se na forma de sólido ou líquido. Sua dosagem ótima de floculação é

determinada pelo ensaio de bancada (JAR TEST) sendo este método para a determinação

adaptado do Manual Prático de Análise de Água da FUNASA. Porém, para tal

determinação da dosagem e escolha do coagulante, devem-se levar em consideração as

características da água bruta, tais como: alcalinidade, acidez, pH, cor e turbidez. Sendo a

característica da turbidez, tida como principal critério para a escolha da dosagem ideal do

coagulante. Este trabalho teve como principal objetivo realizar um estudo comparativo da

influência do sulfato de alumínio líquido e do sulfato de alumínio granular em parâmetros

físicos e químicos da água bruta. A área demarcada para pesquisa experimental foi a

Estação de Tratamento de Água do Tijucal localizada em Cuiabá, Mato Grosso, a qual

possui uma vazão de captação de cerca de 1100 L/s, utilizando o tratamento convencional

e uso do coagulante sulfato de alumínio granulado. Através dos testes empregados foi

possível confirmar que o sulfato de alumínio líquido gera menos resíduo sólido que o

sulfato de alumínio granulado, sendo ambos eficientes na remoção da cor e da turbidez,

produzindo uma água que atende aos padrões de potabilidade da Portaria 518/2004 do

Ministério da Saúde.

Palavras Chave: Coagulação; Sulfato de alumínio; Tratamento de água.

1.0 INTRODUÇÃO

A água é um recurso essencial a manutenção da vida dos seres vivos, sendo

considerada um bem precioso. Porém com o crescimento exponencial da população, a

geração de poluição também aumentou, e um dos destinos dos efluentes gerados, sem

tratamento, é o corpo receptor de águas. Geralmente esses despejos poluidores possuem

impurezas carregadas negativamente, assim por possuírem cargas iguais não se agregam ,

aumentando a massa e com conseqüente não precipitação, tornando necessário o

tratamento químico (LEAL;LIBÂNIO, 2002). Devido a isso a água para ser potável deve

obedecer as normas da Portaria 518/2004 do Ministério da Saúde (BRASIL, 2005). A água

captada no manancial é conduzida a uma estação de tratamento. O tipo de tratamento a ser

empregado é dependente das características da água bruta (LIBÂNIO,2005).Podendo ser o

tratamento por método simples, como a filtração lenta, ou a filtração direta, ou mais

complexa, sendo este constituído pelo tratamento convencional. O tratamento

convencional tem por processos a coagulação, floculação, decantação e desinfecção. Os

principais pontos de geração de resíduos ocorrem pela descarga dos decantadores e pela

lavagem dos filtros (DI BERNARDO; DANTAS,2005). Esse resíduo lançado no meio

ambiente causa impactos substâncialmente consideráveis, como a redução da

luminosidade interferindo na vida aquática devido o aumento da matéria em suspensão.

Além de possuir microrganismos patogênicos e substancias tóxicas, como metais,

especialmente o alumínio, oriundo do tratamento, interfere no ciclo do fósforo, essencial a

vida aquática (BARROSO;CORDEIRO,2001). A característica do lodo é dada pela

matéria contida já na água bruta adicionada de produto químico, comumente é utilizado o

sulfato de alumínio (HAMMER,1979). O destino dos resíduos é monitorado pela

Secretaria Estadual do Meio Ambiente (SEMA) e pela Resolução CONAMA 357de março

de 2005 (BRASIL, 2005). A escolha do tipo de coagulante é feita pela alcalinidade, pelo

pH e pelo custo (LEAL;LIBÂNIO,2001). Devendo este ser eficiente na remoção de

matéria orgânica, pois esta em contato com o cloro origina substâncias tóxica,

carcinogênicas (AZEVEDO NETTO, 1974). Assim um dos principais parâmetros a serem

analisados é o de remoção da turbidez e da cor.

2.0 OBJETIVO GERAL

Este trabalho teve como objetivo geral realizar um estudo comparativo da influência

do sulfato de alumínio líquido e do sulfato de alumínio granular em parâmetros físicos e

químicos da água bruta.

2.1 Objetivos Específicos

• Avaliar variáveis físicas e químicas determinadas no tratamento de água bruta e

após ensaios os referentes à água decantada.

• Determinar a quantidade ótima de sulfato de alumínio pelo ensaio de jarros (Jar-

Test)

• Mensurar o volume de lodo formado pelo uso comparativo dos sulfatos.

3.0 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

As características da água bruta variam de acordo com a região, sendo de suma

importância a determinação destas características para transformá-la em água potável. Pois

a eficiência do processo de coagulação, de acordo com Campos, et al.(2005), também é

influenciada pelo pH e alcalinidade da água.

A água é considerada potável, de acordo com a Portaria 518 do MS de 2004

(BRASIL,2005), quando os parâmetros microbiológicos, físicos, químicos e radioativos

obedecem aos padrões de potabilidade não oferecendo riscos à saúde do consumidor,

estando, portanto apta para o consumo humano.

A água bruta possui impurezas em dois estados particulados:

• Suspensão- causa a turbidez; é ocasionada pela presença de areia, argila, silte,

despejos industriais, rede de esgoto e matéria orgânica; suas partículas giram numa faixa

de 10-3 mm a 10mm (Azedo Netto 1979).

• Dissolvida- resulta na cor; é causada pela presença de íons ferro, manganês,

despejos industriais e decomposição de matéria orgânica.

Encontra-se na forma coloidal apresentando dimensões de 10 -3µm a 1µ (Campos e

Povinelli-1979)

De acordo com Campos, et al.(2005) este material particulado possui carga elétrica

negativa, o que causa uma certa repulsão entre eles, evitando a aglomeração e conseqüente

decantação. Assim torna-se necessário o uso de produtos coagulantes, que atuam

facilitando a formação dos flocos, através da neutralização das cargas eletrostáticas, os

tipos de coagulantes mais utilizados são sulfato de alumínio, cloreto férrico e sulfato

férrico (CAMPOS; POVINELLI, 1979).

Na maioria das Estações de Tratamento de Água (ETA`S) utiliza-se o sal sulfato

de alumínio, devido a seu baixo custo e sua relativa eficiência. O tipo de coagulante é

tangenciado pelo valor econômico e a forma do tratamento da água relaciona-se com as

características da água bruta captada, entre os tratamentos encontramos o método da

filtração lenta, filtração direta ascendente, filtração direta descendente e, a mais

empregada, o tratamento convencional. A escolha do melhor método é aquele que produz

uma água que atenda a legislação em vigor, a Portaria 518 do Ministério da Saúde de 2004

( BRASIL, 2004).

3.1 CARACTERÍSTICAS DA ÁGUA BRUTA.

A água bruta pode ter diversas origens, ela pode ser de rios, lagos, represas, poços,

mar ou pode ser de retorno e efluentes. Cada qual apresenta características próprias que

variam de acordo com a origem (CAMPOS; DI BERNARDO e VIEIRA, 2005),

necessitando de um tipo de tratamento, com constante monitoração, pois é uma água

continua.

As características da água bruta que são monitoradas numa ETA, com freqüência

devido à importância na eficiência do processo de clarificação são: potencial hidrogênio

iônico; turbidez; cor; temperatura, alcalinidade e acidez.

3.11. POTENCIAL HIDROGÊNIO IÔNICO- pH

O pH é definido pela concentração de íons hidrogênio na solução, esta

concentração associada a uma escala que varia de 0 a 14, indica se a água é acida, possui

pH menor que 7; neutra, o pH é igual a 7; ou se é básica, o pH encontra-se com valor

maior que 7 (LIBÂNIO 2005) O aparelho utilizado para medição denomina-se

potenciômetro.

Quadro 1. Faixa de pH de trabalho para os principais coagulantes.

Coagulante Faixa de pH idealSulfato de alumínio 5,0 a 8,0Sulfato férrico 5,0 a 11,0Sulfato Ferroso 8,5 a 11,0Cloreto Férrico 5,0 a 11,0Sulfato Ferroso Clorado Acima de 4,0Aluminato de sódio e sulfato de

alumínio

6,0 a 8,5

FONTE: Campos e Povinelli (1979)

Sua determinação na água bruta é importante, pois influência nas reações que

ocorre com a adição do coagulante. A faixa de pH a ser empregada é determinada pelo

tipo do coagulante a ser utilizado. Assim se a água encontra-se ácida pode-se utilizar cal

hidratada, cal virgem ou hidróxido de sódio, se estivar básica usa-se um ácido, como por

exemplo, o ácido sulfúrico. Outro motivo da determinação é a precaução do efeito

corrosivo e de entupimento em tubulações de distribuição, de acordo com a Portaria

518/2004 do MS ( BRASIL, 2005) o pH da água de distribuição deve encontrar-se entre

6,0 a 9,5.

3.1.2TURBIDEZ

A determinação da turbidez no controle do padrão da água dá-se pelo método

nefelométrico. O turbidímetro é o aparelho utilizado para a leitura, este aparelho é

constituído de um nefelômetro, sendo a turbidez expressa em unidades nefelométricas de

turbidez (NTU ou uT). Segundo Teixeira et al.(2004) a turbidez é referente a concentração

de matéria suspensa, quantificada por meio do efeito da dispersão que estas causam sobre

a luz, quanto maior a intensidade da luz espalhada maior será turbidez da amostra

analisada. O tamanho destas partículas varia, indo de grosseiras a colóides. Como já foi

dito anteriormente, a turbidez é causada pela presença de matéria orgânica (decomposição

de vegetais como, por exemplo, algas) e pela presença de inorgânicos (metais, despejos de

resíduos).

As presenças destas partículas insolúveis provocam a dispersão ou absorção da luz,

dando uma aparência turva à água. Esta turvação é uma característica física indesejável

tanto para o consumidor, quanto no tratamento da água.

De acordo com a Portaria 518/2004 do MS ( BRASIL, 2005), a turbidez de águas

destinadas ao consumo humano em pontos de rede não deve ultrapassar 5 uT. Para a saída

dos filtros a turbidez deve ser no máximo 2 uT (filtração lenta) e 1uT (filtração rápida).

Esta característica determina a aceitação ou a rejeição da água tratada, uma vez que

através dela, sabe-se a qualidade do tratamento empregado. Sua importância de remoção

segundo Teixeira et al.(2004), deve-se ao fato desta estar relacionada com a presença de

cistos e oocistos de protozoários.

A má remoção do material particulado diminui a eficiência da desinfecção, pois a

partícula funciona como uma proteção, abrigando o microrganismo em seu interior,

evitando assim que seja atingido pela ação do cloro.

3.1.3 COR.

Até meados do século XIX de acordo com Campos et al.(2005) o termo cor era

empregado para indicar altos valores de turbidez, a partir da década de 60, através de

estudos, houve uma diferenciação dos termos. Desta maneira a cor segundo Libânio

(2005) é produzida pela reflexão da luz nas partículas coloidais de dimensão inferior a

1µm essas partículas são predominantemente da decomposição de origem orgânica, mas

ocorrem também devido a presença de íons ferro, manganês ou dos diversos lançamentos

de resíduos.

Na caracterização de águas, existe diferença entre os termos cor verdadeira e cor

aparente. A primeira refere-se à cor após a remoção das partículas em suspensão, já a

outra se refere às partículas em todos os seus estados, ou seja, incluindo as que se

encontram em suspensão. De acordo com a Portaria 518 do MS ( BRASIL, 2005) a cor

aparente deve ter no máximo valor de 15 uC.

Esta característica é de suma importância devido ao fato de seus produtos

derivados da decomposição da matéria orgânica, quando não removidos de forma eficiente

entrarem em contato com reagente inorgânico, cloro, produzindo compostos organo-

clorados, os Trihalometanos –THM, considerados substâncias carcinogênica. De acordo

com Libânio (2005) vale ressaltar que não há somente a formação dos THM como

subprodutos, porém é o mais encontrado.

3.1.4 TEMPERATURA.

A temperatura é uma vantagem para os países tropicais (LIBÂNIO, 2005), pois

esta influência na reação química. Ao fornecer energia, no caso em forma de calor, a

energia cinética da reação aumenta, sendo proporcional diretamente, favorecendo o

processo de coagulação.

3.1.5 ALCALINIDADE

A alcalinidade é a medida da capacidade de neutralização dos íons H+, ou da

absorção desses íons sem mudança significativa do pH, funcionando como um tampão

(LIBÂNIO, 2005), desta forma esta característica atua minimizando a redução do pH

durante o processo de coagulação.

Esta característica manifesta-se em função do pH, podendo ocorrer devido à

presença de bicarbonatos (HCO3-); carbonatos (CO3

-) e hidróxidos (OH-). Sendo que

somente até dois tipos podem estar presentes simultaneamente na água, lembrando que

hidróxido e bicarbonato reagem formando carbonatos; abaixo uma relação entre o pH e o

tipo:

Quadro 2. Alcalinidade em função da faixa de pH

Ocorre devido a Faixa de pHBicarbonatos 4,4 a 8,3Carbonatos e bicarbonatos 8,3 a 9,4Hidróxidos e carbonatos. Maior que 9,4Fonte: Adaptado de Libânio (2005)

A alcalinidade é determinada pela titulação com ácido sulfúrico, indicador,

podendo ser o alaranjado de metila, ou a fenolftaleína, é dependente da característica da

água, sua unidade é dada em mg/L de carbonato de cálcio.

Quadro 3 – Faixa de transição de indicadores utilizados na titulação para determinação da

alcalinidade.

Indicador Faixa de viragemAlaranjado de metila 3,1 – 4,4Fenolftaleína 8,3 – 10,0Fonte: Skoog (2009) ( Adaptado)

Esta característica não possui um valor padrão, pois para consumo humano não há

objeção. É importante sua monitoração, pois mudanças bruscas, e elevados valores

associa-se a processos de decomposição da matéria orgânica, e a atividade de

microrganismos perante lançamentos de efluentes industriais.

3.1.6 ACIDEZ

A acidez é a expressão da capacidade de neutralizar uma base. Essa expressão tem

como fundamento a presença de CO2, adquirido da atmosfera por absorção, da

decomposição de matéria orgânica, da lixiviação do solo ou já presente originalmente na

água.

Sua importância principal deve-se ao fato de buscar evitar corrosão nas tubulações.

Assim como a alcalinidade é expressa em mg/L de carbonato de sódio.

Esta característica influência o pH na medida em que evita mudanças bruscas no

valor, sendo portanto expresso em função dele:

Quadro 4 - Expressão da acidez em relação ao pH.

pH Acidez decorrente<4,5 de ácidos minerais fortes

4,5 a 8,2 presença de CO2

>8,2 CO2 livre ausente FONTE: Richter; Azevedo Netto -1991

4.0 PROCESSOS DE TRATAMENTO.

Com o crescimento populacional há um aumento substâncial na poluição em todos

os possíveis pontos de contaminação (ar, água e solo), causada por qualquer substância

sólida, líquida ou gasosa. As reservas de água são fontes renováveis, porém com essa

contínua exposição à poluição decorrente de ações antrópicas, principalmente, tornam-se

necessários tratamentos para que se transformem em água potável. Assim o tratamento da

água é realizado no intuito de se obter uma água que não ofereça riscos a saúde humana,

sendo quimicamente e bacteriologicamente seguras. Segundo Azevedo Netto (1979) são

três as finalidades do processo de purificação da água:

• Higiênica – remoção de microrganismos; substâncias nocivas e redução de impurezas.

• Estética - remoção da cor, odor e sabor.

• Econômica- redução da corrosividade, da dureza, ferro, odor e sabor.

O tipo de tratamento a ser empregado depende da qualidade da água bruta, um

esquema resumido encontra-se apresentado na Figura 1:

FIGURA 1. Tipos de tratamento da água bruta que pode ser empregado na Estação de

Tratamento de água. FONTE: Adaptado Libânio (2005)

A técnica para o tratamento de águas mais utilizada é o método convencional, ou

seja, o tratamento completo. Este inclui o processo de clarificação com uso de coagulação

e floculação, seguida de desinfecção.

O processo de tratamento, segundo as Boas Práticas do Abastecimento de Água do

Ministério da Saúde(BRASIL, 2006), começa com a captação da água bruta no manancial,

sendo esta encaminhada a coagulação, floculação,decantação, filtração e posterior

desinfecção.

4.1 CAPTAÇÃO

A captação é um sistema construído próximo a rios, lagos, poços, barragens para a

captação da água destinada ao tratamento e abastecimento. De acordo com as Boas

Práticas do Abastecimento de água do Ministério da Saúde(BRASIL, 2006),deve-se

localizar em trechos retilíneos do curso d`água ou na parte côncava,protegendo as margens

de erosão, sendo esta favorecida pela maior velocidade das águas,e evitando as curvas e a

parte convexa, local onde se tem acúmulo de matéria sólida. Sua condução (recalque) é

feita por tubulações de metal (ferro). Já na captação retêm-se algumas impurezas, nas

grades de ferro ou telas das tubulações, desde que grandes como galhos de árvores, folhas,

peixes (YASSUDA; NOGOMI-1978) A figura 2 mostra a bomba de sucção da água bruta

da ETA TIJUCAL no Rio Coxipó, e a figura 3 mostra a tubulação de captação da água, na

parte debaixo encontra-se a grade que retém a sujeira.

FIGURA 2: Bomba de Captação da

ETA TIJUCAL. Fonte: DUALIBI,

A.N.(2010)

FIGURA 3: Tubo de captação da ETA

TIJUCAL.Fonte:DUALIBI, A.N.(2010)

.

4.2 CALHA PARSHALL

A calha Parshall é onde ocorre a aplicação do coagulante na água captada,

iniciando o processo de coagulação, denominado de mistura rápida Essa mistura rápida,

de acordo com Richter e Azevedo Netto (1991), não se tem uma conclusão definitiva a

respeito do tempo de mistura. A Figura 4 mostra a Calha Parshall da ETA TIJUCAL,

ponto que recebe o coagulante sulfato de alumínio.

FIGURA 4– Calha Parshall da ETA TIJUCAL.

Fonte: DUALIBI, A.N.(2010)

4.2.1 COAGULAÇÃO

A coagulação é a desestabilização eletrostática das partículas de impurezas,

visando obter uma reação uniforme, porque deve acontecer quase que instantaneamente,

e contínua, pois a água encontra-se em permanente movimento (PARLATORE, 1979).

As partículas de impurezas coloidais são estáveis não precipitando espontaneamente,

necessitando de um produto para que a coagulação ocorra. Estas partículas são estáveis

porque todas são carregadas negativamente ou positivamente. Como os corpos de rios

são objetos de degradação por despejos domésticos e industriais, geralmente possuem

cargas negativas (LEAL; LIBÂNIO, 2002) necessitando deste processo pra que inicie a

formação de flocos.

A coagulação é resultado de dois processos, um químico onde ocorre a

desestabilização das cargas, e o segundo, físico, no qual se emprega agitação lenta para

que ocorra choque entre as partículas, agregando-se e formando flocos sedimentáveis.

Para que isso ocorra atua sobre ela mecanismos de ação como a compressão da camada

difusa, adsorção de neutralização de cargas, varredura e formação de pontes (LIBÂNIO,

2005).

Esse processo de iniciação da formação dos flocos, sofre a influência de fatores

como pH, dosagem do coagulante e característica da água bruta. Por receber em seu

corpo despejos de rede e indústrias, a característica muda constantemente, tornando

necessário que haja sempre a determinação da melhor quantidade de coagulante para a

remoção de impurezas, para isso utiliza-se o Jar test. Este processo sofre a interferência

de fatores como o pH, a alcalinidade, o tipo e concentração do coagulante, e a forma de

aplicação do produto.

4.2.1.1 PROPRIEDADE DOS COAGULANTES

A escolha do coagulante dá-se principalmente pela característica da água bruta,

pH e alcalinidade são os fatores que mais interferem. Temos nesta categoria o sulfato de

alumínio, é o mais popular, pois seu custo é baixo e encontra-se com facilidade; sulfato

ferroso, utilizado para águas que possuem pH elevado; sulfato férrico, usual em águas

ácidas e muito coloridas; e cloreto férrico, produz flocos em uma faixa de pH

ampla(CAMPOS;POVINELLI,1979).

Ainda de acordo com esses autores, para que seja empregado como um bom

coagulante este deve produzir bons flocos, a superfície do floco deve ser grande

adsorvendo as impurezas em suspensão; e não causar danos à saúde do homem.

4.2.2 SULFATO DE ALUMÍNIO.

O sulfato de alumínio conhecido também como alúmen é comercializado na

forma de granulado, pó ou em solução concentrada sob a fórmula molecular

Al2(SO4)3.18H2O ou Al2(SO4)3.14,3H2O a quantidade de água é dependente do seu grau

de hidratação (LIBÂNIO 2005). É o sal metálico mais utilizado, quando sólido contêm

17% de Al2O3 solúvel em água e quando na forma líquida contêm cerca de 8% de Al2O3

disponível(HAMMER,1979). É obtido através da reação do hidróxido de alumínio

(bauxita) com o ácido sulfúrico(MANFRINI-1976):

2 Al(OH)3+ 3 H2SO4+3 H2O → Al2(SO4)3·6H2O

A reação entre um ácido e uma base gera sal e água, neste caso o uso de uma

base fraca e de um ácido forte resultou num sal ácido. É considerado um sal ácido pois

quando se inoniza ocorre uma reação secundária, na qual remove o OH- do meio

precipitando, deixando o H+ em excesso. Pelo fato do H2SO4 ser um ácido forte,

dissocia-se quase que completamente:

Al2(SO4)3 2Al+3 + 3(SO4)-2

H2O H+ + OH-

2Al+3 + 3H+ + OH- Al(OH)3 + 3H+

(MANFRINI-1976)

A faixa de pH ótima de trabalho para esse coagulante fica entre 5,0 a 8,0. Os

flocos obtidos através da reação do sulfato com a alcalinidade possuem aspecto

gelatinoso. Ao se adicionar o coagulante sulfato de alumínio, há formação do hidróxido

de alumínio Al(OH)3, sendo este o responsável pela formação dos flocos, e

desprendimento do gás carbônico CO2 resultando numa diminuição da alcalinidade,

segundo a reação abaixo:

Al2(SO4 )3.18H2O+3Ca(HCO3)2 → 3CaSO4+ 2Al(OH )3↓+6CO2

4.3 FLOCULADOR.

Após o recebimento do coagulante na calha Parshall, a água segue para o

floculador, que por um determinado período de tempo sob agitação branda tem-se a

formação de flocos devido à agregação. A agitação deve ser lenta para que não ocorra a

ruptura dos flocos, mas que apenas promova o choque entre as partículas para que haja

um aumento do floco facilitando a sedimentação.O floculador pode ser do tipo

hidráulico, no qual se aproveita a energia hidráulica, ocorrendo a agitação de forma

sinuosa; ou floculador mecanizado, a agitação ocorre pelo uso de equipamentos como

uma palheta movida a motor( RICHTER; AZEVEDO NETTO, 1991). A figura 5

refere-se a um floculador do tipo hidráulico da ETA TIJUCAL, passo posterior ao

recebimento do coagulante, onde os flocos começam a agrupar-se devido a agitação

branda ocasionada pelo aproveitamento da energia que se dissipa ao longo do caminho

sinuoso que perfaz.

FIGURA 5: Floculadores da ETA Tijucal.

Fonte: DUALIBI, A.N.(2010)

4.3.1 FLOCULAÇÃO

É o processo na qual se obtêm a agregação das partículas desestabilizadas,

formando flocos, que com contínua agitação aderem uns aos outros tornando-se mais

densos, sendo decantados posteriormente (PARLATORE, 1979). Segundo Di Bernardo

e Dantas (2005) essa floculação ocorre pelos seguintes mecanismos:

• Sedimentação diferenciada- ocorre devido a diferença de velocidade de

decantação, formando flocos maiores devido a choques entre as partículas.

• Interação pericinética- também chamada de movimento browniano: pequenas

partículas em suspensão em meio líquido efetuam movimento rápido e

desgovernado(SKOOG, 2009 );

• Interação ortocinética : são choques provocados pela diferença de velocidade

das partículas no meio.

Ainda segundo os mesmos autores, os fatores que interferem nesta etapa são os

mesmos da coagulação acrescidos do tempo de detenção.

4.4 DECANTADORES

Os decantadores consistem numa estrutura na qual se procura evitar ao máximo

perturbação à água, para que as partículas sólidas mais pesadas que a água possam

decantar sob ação da gravidade, pois com agitação da água essas partículas tendem a

manter-se suspensas.

Existem três tipos de decantadores (AZEVEDO NETTO, 1979), os clássicos, no

qual recebe a água já floculada, realizando apenas a sedimentação; e os decantadores

com contato de sólidos, nele ocorrem simultaneamente a agitação, floculação e

decantação;e decantadores com escoamento laminar.

4.4.1 DECANTAÇÃO OU SEDIMENTAÇÃO.

É o processo de remoção de material sedimentável. Este material por força da

gravidade deposita-se no fundo dos decantadores formando uma camada de lodo no

fundo destes. A limpeza dos decantadores ou descarga dos decantadores ocorre

periodicamente, de acordo com o tamanho da Estação de Tratamento, característica da

água bruta, e eficiência dos processos anteriores. Essa limpeza pode ser mecanizada ou

manual, não devendo ocorrer com um intervalo de tempo que seja suficiente para que

haja a solubilização de substancias prejudiciais à saúde do homem que se encontram na

forma precipitada,lodo (BOAS PRÁTICAS DO ABASTECIMENTO DE ÁGUA DO

MINISTÉRIO DA SAÚDE, 2006 )

4.5 FILTROS

O filtro tem por intuito remover partículas de baixa densidade ou finamente

divididas para qual a sedimentação não é efetiva. Pode ser do tipo lento, indicada para

águas com baixa turbidez, onde o processo é simples e não há adição de produtos

coagulantes, ou ser do tipo rápida no qual o meio filtrante é constituído por areia, carvão

e pedregulho(RICHTER e AZEVEDO NETTO,1991) A areia funciona removendo as

partículas suspensas menores que a abertura entre seus grãos, além de reter amebas e

giárdias. O carvão tem por finalidade a adsorção das impurezas que ocasionam cor e

sabor, o pedregulho dá suporte a areia e ao carvão

4.5.1 FILTRAÇÃO

A filtração tem por objetivo a obtenção de uma água límpida, através da

remoção de materiais finos, orgânicos, inorgânicos, reduzindo as impurezas causadoras

de cor e sabor, removendo inclusive alguns microrganismos, impurezas estas que

reduziriam a eficácia da cloração. A figura 6 mostra um dos filtros da ETA TIJUCAL,

sendo este constituído por uma camada de carvão, areia e pedregulho.

FIGURA 6: Filtros da ETA TIJUCAL.

Fonte: DUALIBI, A.N.(2010).

A filtração ocorre após a sedimentação, pois espera-se que partículas mais

grosseiras tenham decantado, evitando assim a obstrução rápida dos filtros. Quando

estão obstruídos, faz-se a lavagem com jateamento de água e passagem de ar de forma

ascendente.

4.6 DESINFECÇÃO

A desinfecção é considerada uma das etapas mais importantes (BRANCO, 1974;

ROSSIM, 1979), pois é nela que ocorre a inativação de microrganismos patógenos

presentes na água como bactérias, protozoários e vírus.

Segundo Di Bernardo e Dantas (2005) a desinfecção age de uma ou mais

maneiras sobre o microrganismo, são elas: destruição da estrutura celular; interferência

no metabolismo com inativação de enzimas; interferência na biossíntese e no

crescimento celular, evitando a síntese de proteína, ácidos nucléicos e co-enzimas.

Existe uma enorme gama de desinfetantes, abaixo se encontra um resumo

(Quadro 5) com os mais utilizados.

Quadro 5. Vantagens e desvantagens de alguns desinfetantes

Desinfetante Vantagens DesvantagensCloro Oxidante poderoso; fácil

manuseio; residual

persistente; uso comum.

Em presença de SH*

forma organo-

halogênios; em excesso

causa odor e sabor;

interfere no pH.Ozônio Forte oxidante; não apresenta

odor nem sabor; pequena

influência do pH; ajudante

de coagulação.

Pequena meia vida;

consumo excesso de

energia elétrica;

corrosivo.Permanganato de potássio Fácil aplicação; não forma

trihalometanos.

Oxidante moderado,

causa cor; pequena ação

desinfetante.Peróxido de hidrogênio Fácil de aplicar; forma

radicais hidroxilas.

Oxidante moderado;

formação de subprodutos

ainda desconhecidos.FONTE: Adaptado de Di Bernardo e Dantas (2005 )

*SH-substância húmica

Dentre os inúmeros desinfetantes, a escolha deste fator dá-se, também, pela

característica da água bruta e por aquele que garanta a obtenção da água tratada isenta

de microrganismo. O desinfetante mais utilizado nas ETA’s é o cloro devido ao custo

benefício. Porém a busca por desinfetantes alternativos vem crescendo, pois o cloro em

contato com resquícios de matéria orgânica dissolvida proveniente da má remoção,

produz subprodutos carcinogênicos, causadores de malefícios a saúde humana.

Para ser utilizado como desinfetante este deve possuir certos atributos (ROSSIN,

1979; DI BERNARDO, 2005) como: destruição de microrganismos patogênicos em

tempo razoável; não deve ser tóxico, deve ser de custo baixo; acessível; fácil manuseio

e estabilidade no transporte e no armazenamento; fácil manuseio e aplicação; deve ser

seguro; sua concentração deve ser facilmente determinada e produzir residual livre

resistente atuando como barreira contra possíveis re-contaminações. A figura abaixo

mostra o ponto de cloração da água da ETA TIJUCAL, assim que sai dos filtros, esta

segue para o reservatório, de onde é distribuída para a população.

FIGURA 7: Ponto de cloração da ETA TIJUCAL

Fonte: DUALIBI, A.N.(2010).

4.6.1 CLORO

O cloro em condições atmosféricas normal encontra-se na forma gasosa.

Possuindo afinidade com muitas substâncias, reagindo com quase todos os elementos

(AZEVEDO NETTO, 1974). É um agente químico muito ativo, quando adicionado na

água, e esta possui substâncias redutoras tais como sulfeto de hidrogênio, ferro e

nitritos, reage resultando numa baixa concentração.

É obtido através da eletrólise do cloreto de sódio em água, ou no processo de obtenção

da soda caustica.

Este desinfetante possui a vantagem da inativação eficiente para quase todos os

microrganismos encontrados na água; produção residual facilmente monitorada; e

possuir custo baixo, sendo também de simples manuseio.

Segundo Hossin (1979) estando presente na água atua de duas formas, como:

• Desinfetante - destruindo ou inativando microrganismos, através da destruição

da parede celular.

• Oxidante - oxidando compostos orgânicos e inorgânicos.

Quando de sua adição na água, reage formando o ácido hipocloroso (I) que por sua

vez dissocia-se produzindo o íon hipoclorito (II). Ambos possuem ação desinfetante,

porém o ácido hipocloroso possui maior eficiência (DI BERNARDO e DANTAS,

2005)

O pH da água de abastecimento é que determina qual a forma predominante do cloro

(BOAS PRÁTICAS DO ABASTECIMENTO DE ÁGUA DO MINISTÉRIO DA

SAÚDE,2006) assim tem-se que para :

• pH < 5,0: Cl2 predomina

• 5,0 <pH< 7,5: HCLO

• pH >7,5 : CLO-

O cloro interfere no pH, pois este reage com os íons H+ formando ácido

clorídrico, que por sua vez reage com a alcalinidade natural da água. Para utilização do

cloro como agente bactericida deve-se realizar uma completa remoção da matéria

orgânica presente na água, pois como já foi dito anteriormente, há formação de

substâncias nocivas.

A ação do cloro depende:

• da concentração empregada, quanto maior a concentração mais eficaz;

• do tempo de contato, a portaria vigente recomenda 30 minutos no mínimo;

• da temperatura, temperatura maior favorece as reações;

• da remoção da turbidez; e

• do tipo de microrganismos. Há microrganismos como o vírus que causa paralisia

infantil e a hepatite infecciosa que resistem ao cloro (BRANCO, 1979).

O controle nas ETA’s é dado pela concentração do cloro residual livre, sua

detecção pode ser por método comparativo, no qual emprega-se a ortotolidina, que

reage adquirindo uma coloração amarela. A Portaria 518/2004 (BRASIL, 2004)

determina que a concentração deve ser de no mínimo 0,5 mg/L de residual livre e de 0,2

mg/L em qualquer ponto da rede.

5.0 RESÍDUOS DE ETA.

Como em todo processo químico, as Estações de Tratamento de Água também

geram resíduos sólidos, assim classificado o lodo de acordo com a NBR 10.004 de

(I) Cl2 + H2O → HCLO + H+ + Cl-

(II) HCLO → CLO- + H+

2004(BRASIL,2004) Este resíduo é um problema destas estações, pois seu lançamento

acarreta uma série de alterações ao corpo receptor. O lançamento deste lodo é regido

pela Resolução CONAMA 357de março de 2005 (BRASIL, 2005), e tendo

regulamentado as atividades poluidoras e degradantes pela Secretaria Estadual do Meio

Ambiente ( SEMA).

As duas principais fontes de resíduos na Estação de Tratamento provem dos

decantadores, resultante da coagulação e da lavagem dos filtros(FIGURA 8)

(RICHTER, 2001). Antigamente esses resíduos gerados eram lançados no rio sem

nenhum tipo de tratamento, pois acreditavam que não estavam lançando nenhuma

impureza que já não tivesse presente no meio (HAMMER, 1979). Atualmente sabe-se

que nesses resíduos encontram-se novos poluentes, que contribuem para aumento de

metais tóxicos, aumentando a concentração de sólidos suspensos diminuindo a

luminosidade, afetando vidas aquáticas, e o alumínio presente liga-se aos fosfatos

alterando o ciclo do fósforo, contribuindo também com agentes patogênicos (DI

BERNARDO; DANTAS, 2005).

De acordo com Barroso e Cordeiro (2001) alguns metais, como cobre, zinco,

níquel, chumbo, cádmio, cromo e magnésio e, em especial, o alumínio presente no lodo

de ETA possuem ações tóxicas, podendo apresentar efeitos positivos ou negativos nas

técnicas de tratamento, disposição final e até mesmo, na reutilização destes resíduos

Atualmente existem inúmeros tratamentos a esse lodo, como por exemplo,

conduzi-lo ao sistema de tratamento de esgoto; lagoas pra desidratação; aterros

sanitários e aproveitamento de subprodutos (RICHTER, 2001). Alem destas

alternativas comuns, em processo de pesquisas procuram maneiras de aproveitar o lodo

como o uso em solos (agricultura, reflorestamento, recuperação de áreas degradadas),

fabricação de cimento, fabricação de materiais cerâmicos (DI BERNARDO e DANTAS

2005).Porem a escolha do método deve levar em conta as características que cada um

contém, essas características são herdadas da água bruta e dos produtos adicionadas

durante o tratamento da água, o que faz com que a técnica seja aplicável ou não

(HAMMER,1979).

FIGURA 8: Resíduos providos da lavagem dos filtros.

Fonte: DUALIBI, A.N.(2010)

5.1 RESÍDUOS DE SULFATO DE ALUMÍNIO

É um líquido não newtoniano, gelatinoso, que se sedimenta com facilidade.

Possui em sua composição, hidróxido de alumínio, partículas inorgânicas, colóides de

cor e resíduos orgânicos (RICHTER, 2001). O Quadro 6 mostra a porcentagem das

frações típicas do lodo de sulfato de alumínio. A Figura 9 mostra o resíduo sólido

gerado no filtro da ETA TIJUCAL.

Quadro 6. Características do lodo de sulfato de alumínio em porcentagem

Sólidos totais

%Al2O3.5H2O % Inorgânicos %

Matéria

Orgânica %pH.

0,1 – 4 15 – 40 35 – 70 15 – 25 6 - 8Fonte: Richter (2001)

FIGURA 9: Resíduo sólido de filtro da ETA TIJUCAL.

Fonte: DUALIBI, A.N.(2010)

6.0 MATERIAIS E MÉTODO

6.1 ÁREA DE ESTUDO - ETA TIJUCAL

A ETA TIJUCAL capta água do Rio Coxipó. O Rio Coxipó do Ouro nasce na

Chapada dos Guimarães, cruza a área urbana de Cuiabá, e deságua no Rio Cuiabá. A

vazão de água na Estação é cerca de 980 m3/h. A água do Rio Coxipo possui um

alcalinidade ideal para o coagulante utilizado, o sulfato de alumínio ferroso,sendo este

obtido na forma de pedra em bolsas de 40 Kg. A aplicação é feita pela bomba dosadora

sobre a água bruta na ETA NOVA na Calha Parshall. Após a aplicação a água é

dividida, indo uma parte pra ETA de Concreto (ETA 1), outra parte para a ETA

Metálica (ETA 2) e outra seguindo na ETA NOVA.

O tratamento realizado nas 3 ETA`s é do tipo convencional, sendo gerado os

resíduos nos decantadores e filtros. Os floculadores são do tipo hidráulico (chicana). A

água segue então para os decantadores, seguindo para os filtros de areia, sendo então

clorada na seqüência do tratamento. A água tratada é recalcada para o reservatório

sendo distribuído por bombas aos bairros atendidos por ela.

No laboratório de análises de água são realizadas medidas controle a cada 2

horas dos parâmetros cor, turbidez, pH e cloro residual livre. Em período de chuva,a

turbidez da água do Rio Coxipó pode alcançar 500uT, com cor variando até na casa dos

1000 uC. Já em época seca, a turbidez não ultrapassa 10uT e a cor não ultrapassa 25uC.

6.2METODOLOGIA

O presente trabalho constou das seguintes etapas:

• Caracterização dos parâmetros turbidez, cor, pH, alcalinidade e acidez da água

bruta;

• Preparação da solução do coagulante;

• Determinação da dosagem ótima pelo uso do teste de bancada, Jar test;

• Determinação do volume de resíduo pelo método de resíduo sedimentável, Cone

de Imhoff.

As águas foram coletadas na Calha Parshall antes do ponto de aplicação do sulfato

de alumínio, e a determinação das dosagens ótima de coagulante foram realizadas pelo

Jar test, extraído e adaptado do Manual Prático de Análise de Água da FUNASA

(BRASIL, 2006). Para a obtenção dos dados referentes à quantidade de lodo, foi

aplicado o método de resíduos sedimentáveis, utilizando Cone de Imhoff, (SILVA;

GOMES, 2007).

Na Figura 10 encontra-se um fluxograma das etapas realizadas para a parte

experimental deste trabalho, desde a coleta ao método do cone de Imhoff.

FIGURA 10: Fluxograma das etapas realizadas.

6.2.1 METODOLOGIA PARA DOSAGEM DE REAGENTES

Foi utilizada uma solução de sulfato de alumínio a 0,2% preparado a partir do

sulfato em pedra e da solução líquida concentrada a 50% como coagulantes.

Preparação da solução de sulfato de alumínio a 0,2%

A) A partir do sulfato em pedra:

Pesou-se 1,0003 g de sulfato de alumínio em pedra, acrescentou-se 200 mL de água

decantada e homogeneizou com a ajuda de um agitador, completando para um volume

de 500 mL.

B) A partir da solução de sulfato concentrado 50%

Retirou-se uma alíquota de 2 mL da solução concentrada, e completou ate o volume de

500 mL, com água decantada.

6.3 ENSAIO DA COAGULAÇÃO

A água foi coletada no mesmo ponto de coleta dos operadores, no intuito de se

obter uma situação próxima vivenciada na estação, sendo recolhida na chegada à Calha

Parshall antes de receber o sulfato. A figura 11 mostra o momento da coleta realizada

por um dos operadores para a realização do teste de bancada.

FIGURA 11: Coleta da água bruta

Fonte: DUALIBI, A.N.(2010)

As amostras de água foram colhidas em baldes ( Figura 11), homogeneizadas e

acomodadas nos jarros no mesmo local. Nesta água foram analisados os parâmetros

pH, alcalinidade, acidez, turbidez,e cor, sendo determinada a concentração do

coagulante nos jarros pelos valores destes dois últimos parâmetros.

6.3.1 PREPARO DO JAR TEST

A realização do Teste de Jarros foi adaptado do Manual de Análise de Águas da

FUNASA (BRASIL, 2006). O procedimento teve como primeiro passo a determinação

dos parâmetros cor, alcalinidade, pH, acidez e turbidez da água bruta. Encheu-se os

jarros de 2000 mL com esta água bruta, inicialmente a uma rotação de 100 rpm,

simulando a mistura rápida, e adicionou-se o coagulante, após um minuto, baixou-se a

rotação para 45 rpm, simulando o floculador, cessado 15 minutos, desligou-se o

equipamento, repousando por 15 minutos, passo do processo que simula o decantador.

Depois de decorrido este tempo coletou-se amostra de água de cada jarro e analisou-se

qual apresentou o melhor resultado.

FIGURA 12: Aparelho para Ensaio de Bancada, Jar Test

Fonte: DUALIBI, A.N.(2010)

6.3.2 CONE DE IMHOFF

O procedimento adaptado e idealizado (SILVA; GOMES, 2007) constituiu da

transferência da amostra homogeneizada, do jarro tido como o que melhor removeu a

turbidez, para o Cone de Imhoff de 1000 mL. Em seguida, deixou-se decantar por 45

minutos, e após esse período, com o auxilio de um bastão de vidro, em movimento

circular, despregou-se as partículas aderidas internamente na parede do cone, dando um

tempo de 15 minutos, realizando assim a leitura do material sedimentado, sendo este

resultado expresso em mL/h.

6.3.3 MEDIÇÃO DOS PARAMETROS

A turbidez e o pH são fornecidos pelos aparelhos calibrados, realizando-se

apenas a anotação do valor. A cor foi determinada por comparação visual com disco

comparador. Os demais se seguiu o procedimento contido no Manual Prático de Análise

de Águas da FUNASA ( BRASIL, 2006) alcalinidade determinada pela titulação com

acido sulfúrico a 0,02N ; a acidez pela titulação com hidróxido de sódio a 0,02N.

7.0 RESULTADOS E DISCUSSÃO.

Os dados obtidos referente às determinações da dosagem ótima de coagulante

pelo ensaio de bancada para os diferentes valores de turbidez, cor, pH, alcalinidade e

acidez da água bruta, encontram-se apresentados nas Tabelas de 01 a 04.

Estas tabelas apresentam a dosagem na qual se obteve a melhor remoção da

turbidez e da cor da água bruta e os valores da turbidez e da cor remanescente de cada

jarro. A dosagem ótima de coagulante é baseada no menor valor de turbidez da água

remanescente. O cálculo para a porcentagem de remoção da turbidez foi regida pela

seguinte regra de acordo com o Manual de Operação e Manutenção de Estação de

Tratamento de Água ( FANAIA et al., 2002)

%Rt = Turbidez da água bruta – Turbidez da água do jarro x 100

Turbidez da água bruta

Para a determinação da remoção da cor:

%Rc = Cor da água bruta – Cor da água do jarro x 100

Cor da água bruta

As leituras da turbidez, pH e cor foram realizadas após 15 minutos de

decantação, que posteriormente, aquele que obteve a melhor redução de turbidez foi

submetido ao cone de Imhoff, para a leitura do volume gerado de resíduo solido. Na

Figura 13, observa-se o período de pós 15 minutos, do ensaio realizado com a turbidez

de 211 uT com o coagulante sulfato de alumínio sólido.

FIGURA 13: Águas após a decantação de 15 minutos, momento da coleta da água para

análise dos parâmetros. Fonte: DUALIBI, A.N.(2010)

A Figura 14 e 15 apresenta os resultados referentes à Turbidez e Cor aparente

encontrados na relação da dosagem aplicada de SAG( Sulfato de alumínio granulado) e

SAL ( Sulfato de alumínio líquido), respectivamente, em água bruta com turbidez

de10,0 uT e cor de 27,5uC, mostra que a dosagem ideal situou-se em 8,0mL para o

SAG e 4,0mL para o SAL, observada também na Tabela 1.

Assim conforme os dados apresentados na Tabela 1 a dosagem de coagulante

em água bruta de turbidez 10,0 uT, em relação à menor turbidez (1,67 uT) e menor cor

(2,5 uC) é verificada com o sulfato de alumínio líquido. Sendo a geração de resíduo

influenciado pelo coagulante, conseqüentemente o sulfato líquido gerou menos resíduo,

uma diferença de 0,2 mL.

Tabela 1 . Resultados das analises realizadas no 1º Ensaio de Bancada referente a água

bruta de turbidez 10,0 uT

1º ENSAIO DE BANCADA (Jar-Test) PARA 10,0uTETA TIJUCAL Acidez mg/L CaCO3 Alcalinidade total mg/L CaCO3

Data: 27/11/2010 2,0 6,0 Turbidez inicial : 10,0 uT 3,0 5,0 Cor aparente inicial: 27,5 uC 3,0 5,0 pH inicial: 6,78 2,7 5,3 MédiaSulfato granulado (SAG)Jarro 01 02 03 04 05 06Dosagem de coagulante

(mL) 2,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0Turbidez encontrada (uT) 8,75 8,60 2,31 2,22 1,67 8,15Cor ap. encontrada (uC) 27,50 27,50 2,50 2,50 2,50 27,50pH encontrado 6,63 6,45 6,37 6,37 6,08 5,84% Remoção turbidez 12,50 14,00 76,90 77,80 83,30 18,50%Remoção cor aparente 0 0 90,91 90,91 90,91 0Volume obtido do resíduo

(mL/h) 0,80 Dosagem de melhor coagulação 8,0mLSulfato líquido (SAL)Jarro 01 02 03 04 05 06Dosagem de coagulante

(mL) 2,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0Turbidez encontrada (uT) 8,56 1,08 1,30 4,69 7,78 8,13Cor ap.encontrada (uC) 27,50 2,50 2,50 7,50 27,50 27,50pH encontrado 6,61 6,37 6,20 6,07 5,67 5,29% Remoção turbidez 14,40 89,20 87,00 53,10 22,20 18,70%Remoção cor aparente 0 90,91 90,91 72,73 0 0Volume obtido do resíduo

(mL/h) 0,60 Dosagem de melhor coagulação 4mL

FIGURA 14: Turbidez e Cor ap. encontrados x dosagem aplicada de SAG em água

bruta com turbidez de10,0 uT.

FIGURA 15: Turbidez e Cor ap. encontrados x Dosagem aplicada de SAL em água

bruta com turbidez de 10,0 uT

Na Tabela 2, a água bruta utilizada para os teste possui uma turbidez elevada de

211 uT e uma Cor aparente alta (150 uC) . A alcalinidade presente é de 1,06 mg/L de

CaCO3, valor que se apresenta menor que o valor das demais tabelas. Como a

alcalinidade é referente ao tipo de constituintes do solo (Di Bernardo; Conceição, Di

Bernardo, 1996) e levando-se em consideração que houve chuva no período, e que é

sabido que o solo mato-grossense é um solo ácido, houve portanto um consumo da

alcalinidade da água por parte destes constituintes arrastados para a água. Sendo

também a chuva, a responsável pelo aumento dos valores de cor e turbidez, uma vez

que arrasta matéria orgânica para o rio.

Nestes valores para a água bruta observando as Figuras 16 e 17 referente à

dosagem utilizada de coagulante versus turbidez e cor aparente encontrada, e

correspondendo respectivamente ao SAG e SAL, nota-se que a melhor remoção ocorreu

com o valor de 25 mL de coagulante de SAG, e que foi necessário 18mL quando se

utilizou o SAL. A diferença de 7mL resultou num volume de resíduo de 4,8 mL/h para

o SAG.

FIGURA 16: Turbidez e Cor ap. encontrados x Dosagem aplicada de SAG em água

bruta com turbidez de 211 uT

FIGURA 17: Turbidez e Cor ap. encontrados x Dosagem aplicada de SAL em água

bruta com turbidez de 211 uT

Tabela 2 . Resultados das analises realizadas no 2º Ensaio de Bancada referente a água

bruta de turbidez de 211 uT.

Os resultados apresentados na Tabela 3 mostram uma água bruta de turbidez de

valor 19,2 uT, com cor aparente de 32,5 uC. Tanto pela referida tabela, quanto pelas

Figuras 18 e 19,correspondente ao SAG e SAL respectivamente, a melhor dosagem

observada para a remoção mais eficiente da turbidez (0,78 uT) e cor aparente (2,5uC),

para o SAG foi de 7mL gerando um resíduo de 1,7mL/h, e para o SAL com turbidez de

0,64uT e cor 2,5uC, o valor utilizado foi de 4,0mL/h, obtendo um valor de 1,1mL/h de

lodo.

2º ENSAIO DE BANCADA (Jar-Test) PARA 211 uT

ETA TIJUCAL Acidez mg/L CaCO3

Alcalinidade total mg/L CaCO3

Data:28/11/2010 3,0 10,0 Turbidez inicial : 211 uT 4,0 11,0 Cor aparente inicial: 150uC 4,0 11,0 pH inicial: 6,89 3,7 10,6 MédiaSulfato granulado (SAG)Jarro 01 02 03 04 05 06Dosagem de coagulante (mL) 21,0 22,0 23,0 24,0 25,0 26,0Turbidez encontrada (uT) 7,31 3,78 3,01 2,33 1,80 4,39Cor encontrada (uC) 12,50 7,50 2,50 2,50 2,50 7,50pH encontrado 5,95 5,84 5,82 5,88 5,71 5,70% Remoção turbidez 96,53 98,21 98,57 98,89 99,15 79,19%Remoção cor aparente 91,67 95,0 98,33 98,33 98,33 50,0Volume obtido de resíduo (mL/h) 4,80 Dosagem de melhor coagulação 25mLSulfato líquido (SAL)Jarro 01 02 03 04 05 06Dosagem de coagulante (mL) 17,0 18,0 19,0 20,0 21,0 22,0Turbidez encontrada (uT) 3,74 3,25 3,63 4,85 6,00 8,63Cor encontrada (uC) 2,50 2,50 2,50 2,50 7,50 17,50pH encontrado 5,94 5,68 5,60 5,49 5,36 5,25% Remoção turbidez 98,23 98,46 98,28 97,70 97,16 95,91%Remoção cor aparente 98,33 98,33 98,33 98,33 95,0 88,33Volume obtido de resíduo (mL/h) 4,50 Dosagem de melhor coagulação 18mL

Tabela 3. Resultados das analises realizadas no 3º Ensaio de Bancada referente a água

bruta de turbidez 19,2 uT.

3º ENSAIO DE BANCADA (Jar-Test) PARA 19,2uT

ETA TIJUCAL Acidez mg/L CaCO3

Alcalinidade total mg/L CaCO3

Data: 29/11/2010 4,0 3,0 Turbidez inicial: 19,2uT 4,0 4,0 Cor aparente inicial: 32,5uC 4,0 4,0 pH inicial: 6,80 4,0 3,7 MédiaSulfato granulado (SAG)Jarro 01 02 03 04 05 06Dosagem de coagulante (mL) 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0Turbidez encontrada (uT) 0,94 0,78 1,00 2,02 5,16 7,43Cor encontrada (uC) 2,50 2,50 2,50 2,50 12,50 17,50pH encontrado 6,39 6,24 6,17 6,07 5,96 5,81% Remoção turbidez 95,10 95,94 94,79 89,48 73,13 61,30%Remoção cor aparente 92,24 92,24 92,24 92,24 61,18 45,65Volume obtido de resíduo (mL/h) 1,70 Dosagem de melhor coagulação 7,0mLSulfato líquido (SAL)Jarro 01 02 03 04 05 06Dosagem de coagulante (mL) 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0Turbidez encontrada (uT) 2,45 0,64 1,52 8,50 8,70 8,87Cor encontrada (uC) 7,50 2,50 2,50 27,50 27,50 27,50pH encontrado 6,41 6,28 6,17 5,92 5,62 5,48% Remoção turbidez 87,24 96,67 92,08 55,73 54,69 53,80%Remoção cor aparente 77,64 93,17 93,17 15,53 15,53 15,53Volume obtido de resíduo (mL/h) 1,10 Dosagem de melhor coagulação 4,0mL

FIGURA 18: Turbidez e Cor ap. encontrados x Dosagem aplicada de SAG em água

bruta com turbidez de 19,2 ut

FIGURA 19: Turbidez e Cor ap. encontrados x Dosagem aplicada de SAL em água

bruta com turbidez de 19,2 ut

De acordo com a Tabela 4 e as Figura 20 e 21 os melhores valores de remoção

de turbidez para o SAG (1,26uT e 2,5uU) resultou na dosagem necessária,para uma

eficiente remoção, 8mL de coagulante.Para o SAL que apresentou como melhores

resultados 0,82uT e 2,5uC o valor utilizado tido como mais eficiente foi de 5 mL. Estes

valores correspondem a uma turbidez de 18,7 uT, 45uC de cor e de pH igual a 6,89.

Tabela 4 . Resultados das análises realizadas no 4º Ensaio de Bancada referente a água

bruta de turbidez 18,7 uT.

4º ENSAIO DE BANCADA (Jar-Test) PARA 18,7 uT

ETA TIJUCAL Acidez mg/L CaCO3

Alcalinidade total mg/L CaCO3

Data:30/11/2010 1,5 5,0 Turbidez inicial : 18,7uT 2,0 4,0 Cor aparente inicial: 45,0uC 2,0 5,0 pH inicial: 6,89 1,8 4,7 MédiaSulfato granuladoJarro 01 02 03 04 05 06Dosagem de coagulante (mL) 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0Turbidez encontrada 2,69 1,44 1,26 1,33 5,92 6,11Cor encontrada 2,50 2,50 2,50 2,50 27,50 27,50pH encontrado 6,54 6,47 6,38 6,32 6,21 6,13% Remoção turbidez 85,61 92,30 93,26 92,89 68,34 67,33%Remoção cor aparente 94,44 94,44 94,44 94,44 38,89 38,89Volume obtido de resíduo (mL/h) 1,70 Dosagem de melhor coagulação 8 mLSulfato líquidoJarro 01 02 03 04 05 06Dosagem de coagulante (mL) 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0Turbidez encontrada 14,10 2,54 0,82 1,34 7,05 12,30Cor encontrada 45,00 7,50 2,50 2,50 17,50 37,50pH encontrado 6,53 6,44 6,35 6,25 5,99 5.88% Remoção turbidez 26,56 86,77 95,73 93,02 63,28 35,94%Remoção cor aparente 0,00 83,33 94,44 94,44 61,11 16,67Volume obtido de resíduo (mL/h) 1,40Dosagem de melhor coagulação 5mL

FIGURA 20: Turbidez e Cor aparente encontrados x Dosagem aplicada de SAG em

água bruta com turbidez de 18,7 ut

FIGURA 21: Turbidez e Cor aparente encontrados x Dosagem aplicada de SAL em

água bruta com turbidez de 18,7 ut

Tabela 5: Valores referentes as características da água bruta e as dosagens tidas como

ótimas de Sulfato de Alumínio Granulado (SAG) e de Sulfato de Alumínio Líquido

(SAL)

Água Bruta Dosagem ótima de coagulante

pHTurbidez

(uT)Cor ap.

(uC)Alcalinidade (mg/L

CaCO3) SAG (mg/L) SAL (mg/L)6,78 10,0 27,5 5,30 8,0 4,06,89 211,0 150,0 1,06 25,0 18,06,80 19,2 32,5 3,70 7,0 4,06,89 18,7 45,0 4,70 8,0 5,0

pH. %Remoção da Turbidez %Remoção da Cor ap.SAG SAL SAG SAL SAG SAL6,08 6,37 77,8 89,2 90,91 90,915,71 5,68 99,15 98,46 98,33 98,336,2 6,3 95,9 96,7 92,2 93,26,32 6,35 93,26 95,73 94,44 94,44

De acordo com Leal; e Libânio(2002) a dosagem ideal é aquela que produz a

maior eficiência na remoção percentual dos parâmetros de controle, quaisquer que

sejam.Na qual utilizaram para comparação da eficiência, coagulantes diferentes,sendo

que dependendo da situação que apresentaram,ora deu sais a base de ferro e noutra

situação o sulfato de alumínio.

Assim, na Tabela 5, vemos que o sulfato de alumínio líquido apresenta

melhores resultados para a remoção da turbidez. Há de se levar em conta também a

alcalinidade, esta age como um tampão minimizando a queda do pH. Costa (2007)

conclui que essa capacidade de tamponamento devido a alta alcalinidade faz com que o

pH permaneça praticamente inalterado. Porem como a água bruta utilizada para os

ensaio deste trabalho não possui alcalinidade alta, o pH sofre alterações . Sendo que este

é um dos fatores que afetam o processo de coagulação, conseqüentemente a quantidade

de sulfato necessário ao tratamento sofre variação.

O sulfato de alumínio possui uma faixa de atuação de pH entre 6,0 e 8,0, de

acordo com Vogel ( 1981), o hidróxido de alumínio em pH menor que 6 encontra-se na

forma livre, e em pH maior que 8 também. Já na faixa de atuação encontra-se na forma

associada , sendo este a forma que reage com a impureza precipitando (MANFRINI,

1976). Ao adicionar o sulfato de alumínio este hidrolisa-se liberando íons H+ no meio

consumindo a alcalinidade, baixando o pH. Assim a turbidez resultante antes da

dosagem ideal é devido as partículas que se encontram em suspensão e dissolvidas, já

os valores após a dosagem ideal ocorre devido ao excesso de sulfato. Este fato pode ser

observado nas Figuras de 14 a 21.

Porem se basear a escolha do coagulante somente na analise da turbidez não se

tem vantagem, uma vez que o sulfato líquido tem custo maior que o sulfato granulado,

onerando o volume menor que é utilizado. Todavia se levar em conta a geração de

resíduo durante o tratamento da água, o sulfato líquido produz menos resíduo. Desta

forma, se em 4 ensaios gerou-se em torno de 9 mL de resíduo com o sulfato de alumínio

granulado, a ETA TIJUCAL que apresentou uma vazão em torno de 1066l/s durante os

testes, hipoteticamente geraria cerca de 4,32m3/h de resíduo, já com o sulfato de

alumínio liquido que gerou nos 4 ensaios 7,6 mL, geraria cerca de 3,64 m3/h de resíduo.

Soma-se a esse valor do sulfato granulado ainda o grão que não se dissolveu por

completamente durante a preparação da solução, seja por não ter dado o tempo de

agitação necessário para a dissolução, ou pelo fato dos agitadores do tanque se encontrar

com problemas, e as impurezas nele contida que são insolúveis. Esse resíduo é um fator

que deve ser tratado pela ETA, uma vez que seu despejo em cursos d’água é uma

prática contestável, sendo fiscalizada e autuada pela Secretaria Estadual do Meio

Ambiente (SEMA).

Independente do coagulante utilizado, a geração de resíduos produzidos durante

o tratamento da água é inevitável, porém pode-se através de escolhas procurar

minimizar sua produção. Assim o resíduo que permanece no tanque de sulfato pode ser

adicionado a preparação de outra solução do coagulante em outro tanque, este

procedimento possui um baixo custo, uma vez que só necessita de uma bomba para a

transferência, resultando numa economia de sulfato. Ou ser incorporado ao resíduo

gerado nos decantadores e filtros e despejados na rede de esgoto para que receba um

tratamento para o lançamento nos rios.

8.0 CONSIDERAÇÔES FINAIS

Este trabalho confirmou a necessidade da determinação da dosagem ótima de

coagulante no tratamento de águas, numa Estação de Tratamento, pelo uso do Teste de

bancada utilizando como base os valores de turbidez remanescente. Para que seja

aplicada a dosagem ideal esta deve apresentar o menor valor de turbidez remanescente

após o período de decantação, ou seja, deve apresentar uma melhor remoção de

turbidez. Não se esquecendo que deve ser eficiente também na remoção da cor, uma vez

que, a cor, caso não seja corretamente removida, no processo de desinfecção acarretará

em substâncias nocivas ao consumidor, bem como a turbidez má removida pode

oclusionar microrganismos patogênicos.

Verificou-se que tanto o sulfato de alumínio granulado quanto o sulfato de

alumínio liquido, possuem ambiente de atuação ideal para sua função de coagulante,

sendo que as águas do Rio Coxipó, que abastece a ETA TIJUCAL, atendem as

necessidades de pH e alcalinidade necessária para uma boa atuação do agente químico.

Desta forma ambos removem eficazmente a turbidez e cor da água bruta. Atendendo

assim a exigência da Portaria 518/2004 do Ministério da Saúde.

Foi possível também, observar a vantagem do uso do sulfato de alumínio líquido

quando comparado ao sulfato de alumínio granulado no quesito geração de resíduo. A

Estação de tratamento que possui uma vazão de 1100l/s em média, gera relativamente

uma grande quantidade de resíduo. É sabido que cada indústria, no caso indústria da

água, deve ser responsável pelo seu resíduo gerado, sendo assim deve se buscar

alternativas para redução de produção deste lodo, dar-lhe o destino que é devido, como

por exemplo a condução deste resíduo a Rede de Tratamento de Esgoto.

9.0 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.

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VOGEL, A. I . Química Analítica Quialitativa. Tradução de Antonio Gimeno, 5 ed

rev.- São Paulo: Mestre Jou,1981.

LICENÇA:

A obra Estudo comparativo da influência do sulfato de alumínio líquido e sulfato de

alumínio granulado na turbidez, cor e no volume de resíduo gerado no tratamento de

águas, de Arianne Nunes Dualibi, foi licenciada com uma Licença Creative Commons -

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