AVALIAÇÃO DO PROCESSO DE COAGULAÇÃO NO TRATAMENTO DE ÁGUA DO RIO MOGI GUAÇU UTILIZANDO

CLORETO FÉRRICO, SULFATO DE ALUMÍNIO E POLICLORETO DE ALUMÍNIO

BOVOLENTA, Ariane Cristina1

MORAES, Francisco de Assis Bertini2

RESUMO: No processo de coagulação, ocorre à desestabilização das partículas presentes na água bruta fazendo com que as partículas sejam menos resistentes à agregação. São adicionados produtos chamados de coagulantes, principalmente sais de alumínio (Al+3) ou ferro (Fe+3). O objetivo deste trabalho está focado nesse processo para determinar qual coagulante: cloreto férrico, sulfato de alumínio ou policloreto de alumínio, apresenta melhor eficiência e o melhor custo benefício para o tratamento de água do rio Mogi Guaçu, utilizando o “Jar Test” como equipamento prático e eficaz para os testes.

PALAVRAS-CHAVES: Tratamento de água; Coagulantes; Cloreto férrico; Sulfato de alumínio; Policloreto de alumínio; Jar-Test; Turbidez.

ABSTRACT: In the process of coagulation, the destabilization of the particles present in the raw water making the particles less resistant to aggregation. Products called coagulants, mainly aluminum (Al + 3) or iron (Fe + 3) salts, are added. The objective of this work is focused on this process to determine which coagulant: ferric chloride, aluminum sulphate or aluminum polychloride, presents better efficiency and the best cost benefit for the water treatment of the Mogi Guaçu river, using the Jar Test as equipment practical and effective for testing.

KEYWORDS: Water treatment; Coagulants; Ferric chloride; Aluminum sulfate; Aluminium polychloride; Jar-Test; Turbidity.

1. INTRODUÇÃO Como fonte da sobrevivência humana a água é o elemento vital. Ela está

presente em todas as necessidades do homem como também para recursos

industriais e públicos. Nela estão presentes certas substâncias e elementos

químicos que são essenciais para o desenvolvimento do ser humano, no

entanto, águas naturais podem conter organismos, substâncias e elementos

que são prejudiciais à saúde e devem ser reduzidas ou até mesmo eliminadas.

Segundo Di Bernardo e Dantas (2005), o tratamento de água consiste

basicamente na remoção de material suspenso, coloidal, matéria orgânica e

micro-organismos. Na grande maioria dos casos são utilizadas operações

unitárias físicas e químicas. Por exemplo, em uma estação de tratamento de

1 Ariane Cristina Bovolenta é graduanda em Engenharia Química (2018) pela Faculdade Municipal Professor Franco Montoro, Mogi Guaçu, São Paulo. E-mail: arianecristina96@hotmail.com. 2 Francisco de Assis Bertini Moraes possui graduação em Engenharia Química pela Universidade Estadual de Campinas (1983) e mestrado em Engenharia de Produção pelo Centro Universitário de Araraquara (2011). Professor da Faculdade Municipal Professor Franco Montoro, Mogi Guaçu, São Paulo. E-mail: franciscobertini25@gmail.com.

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água convencional geralmente são utilizadas as seguintes unidades: mistura

rápida e coagulação, floculação, decantação, filtração e desinfecção.

O objetivo das estações de tratamento de água é tornar a água de

manancial potável, mantê-la dentro dos parâmetros de potabilidade de acordo

com a Portaria de Consolidação nº 5 de 28/09/17 anexo XX, do Ministério da

Saúde, adotando o melhor sistema de tratamento.

Para que haja uma otimização do processo, é indispensável à realização

de análises experimentais para observação do comportamento e das

características dos produtos utilizados no sistema e definir quais as melhorias

tecnológicas e melhor custo benefício.

O processo de coagulação serve para desestabilizar as partículas

presentes na água bruta para tornar o sistema instável com as partículas

menos resistentes à agregação. Para que ocorra essa desestabilização, são

adicionados os coagulantes, produtos que contêm principalmente sais de

alumínios (Al+3) ou ferro (Fe+3), como por exemplo, cloreto férrico, sulfato de

alumínio e policloreto de alumínio.

Para a definição do melhor tipo de coagulante a ser utilizado no

tratamento de água, é necessário levar em conta alguns critérios, como por

exemplo, a tecnologia de tratamento, o custo do coagulante e sua adequação à

água bruta, o custo dos produtos químicos associados como alcalinizantes,

entre outros.

De acordo com Souza (2009), o processo de coagulação química exerce

enorme influência no tratamento de água, sendo que se esta etapa do

processo não for realizada com sucesso, as próximas etapas do processo

como a floculação, decantação e a filtração, estarão comprometidas,

resultando numa mínima eficiência de tratamento de água, produzindo uma

água tratada de má qualidade.

O objetivo deste trabalho foi realizar ensaios no laboratório da estação de

tratamento de água da cidade de Mogi Guaçu, para determinar qual o melhor

coagulante a ser utilizado, levando em consideração sua eficiência e custo de

aplicação. Os coagulantes testados foram o cloreto férrico, sulfato de alumínio

e policloreto de alumínio. Os testes foram realizados em “Jar-Test” (teste de

jarros), um procedimento simples e prático de se estabelecer parâmetros e

dosagens de produtos químicos utilizados nas estações de tratamento de água.

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2. O PROCESSO DE TRATAMENTO DE ÁGUA DA ETA DE MOGI GUAÇU

A captação de água bruta é feita na Barragem da Pequena Central

Hidrelétrica da cidade, onde a água, após passar por um sistema de

gradeamento para retenção de materiais sólidos, segue por gravidade numa

adutora de ferro fundido, com 1000 mm de diâmetro, até chegar a um

reservatório metálico conhecido como chaminé de equilíbrio, que direciona

para o poço de sucção composto por quatro conjuntos moto-bomba,

recalcando a água bruta por meio de duas tubulações em ferro fundido de 500

mm com extensão de aproximadamente 2 km, até chegar à Estação de

Tratamento de Água.

Cerca de 2300 m³/h de água bruta são recebidos na Calha Parshall da

ETA, onde ocorre uma mistura rápida, neste local é aplicado alcalinizante

hidróxido de cálcio para a correção do pH, o coagulante e o cloro para

oxidação de metais e da matéria orgânica.

Figura 1 – Tanque de preparação de Hidróxido de Cálcio da ETA

Fonte: Autora, 2018

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Figura 2 – Calha Parshall da ETA Fonte: Autora, 2018

A água é conduzida para os floculadores mecânicos para produzir a

aglutinação dos sólidos em suspensão e a decantação, que é a precipitação

dos flóculos formados.

Figura 3 – Floculadores mecânicos Fonte: Autora, 2018

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Figura 4 – Decantador Fonte: Autora, 2018

Em seguida a água decantada passa pelos filtros de areia para remoção

das impurezas da água por sua passagem através de um meio poroso

(material granular: antracito, areia e cascalho).

Figura 4 – Filtros Fonte: Autora, 2018

Por último é adicionado o cloro para desinfecção da água, o flúor para

prevenção de cárie dentária, o hidróxido de cálcio para correção de pH e o

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ortopolifosfato de sódio para inibição de cor e incrustações na rede de

distribuição.

3. QUALIDADE DE ÁGUA TRATADA E POTÁVELA Portaria de Consolidação nº5, anexo XX, do Ministério da Saúde,

determina todas as etapas, padrões e procedimentos do tratamento de água

que devem ser seguidas. Os parâmetros estabelecidos pela Portaria de

Consolidação nº 5 estão especificados abaixo na Tabela 1:

Tabela 1 – Parâmetros estabelecidos pela Portaria de Consolidação nº5, Anexo XX do Ministério da Saúde

PARÂMETROS PORTARIA nº5 ANEXO XX

DESCRIÇÃO DE CADA PARÂMETRO ANALISADO

Cloro Residual Livre 0,2 a 5,0 mg/L O cloro é adicionado à água para eliminar

os micro-organismos.

pH 6,0 a 9,5 Indica se a água é ácida (< 7,0), neutra (= 7,0) ou alcalina (> 7,0)

Flúor 0,6 a 0,8 mg/L Adicionado à água para prevenção de cárie dentária.

Turbidez Máx 5,0 NTUCaracterística que indica a presença de partículas em suspensão na água, o grau de transparência

da água.

Cor Aparente Máx 15,0 uH Resultado das partículas dissolvidas na água, que podem alterar a sua cor.

Coliformes Totais

Ausente em 95% das amostras

Indica a presença de bactérias que não são necessariamente prejudiciais à saúde.

Coliformes Fecias (E. Coli)

Ausente em 100% das amostras

São bactérias que estão restritas ao trato intestinal de animais de sangue quente.

Fonte: Autora, 2018

De acordo com o capítulo II – das definições:

[...]

II – água potável: água que atenda ao padrão de

potabilidade estabelecido neste Anexo e que não

ofereça riscos à saúde;

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III – padrão de potabilidade: conjunto de valores

permitidos como parâmetro da qualidade da água

para consumo humano, conforme definido neste

Anexo;

[...]

V – água tratada: água submetida a processos

físicos, químicos ou combinação destes, visando

atender ao padrão de potabilidade;

4. MECANISMOS DA COAGULAÇÃO E FLOCULAÇÃOA transparência da água é afetada pela presença de substâncias visíveis

em suspensão como sílica, argila, matéria orgânica, plâncton e outros

microrganismos ou até mesmo a presença de bolhas de ar, resultando na

turbidez. Ela é definida como a interferência da passagem da luz provocada

pelas matérias em suspensão, onde ocorre a reflexão e a absorção da luz,

conforme princípio de medição mostrado abaixo na Figura 5.

Figura 5 – Radiação espalhada Fonte: SP Labor, 2016

É fundamental a desestabilização da dispersão de colóides para a

remoção da turbidez. Como estes se encontram com pH entre 5 a 10 (carga

negativa), é necessário a adição de um eletrólito com carga inversa.

Essa desestabilização é conseguida na etapa de coagulação, onde é

reduzido todas as forças atrativas da suspensão coloidal, permitindo que as

partículas se agreguem. Após esse procedimento, há necessidade de agitação

lenta onde ocorrem choques entre as impurezas formando-se assim, partículas

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maiores denominadas flocos (processo de floculação) e removidas por

sedimentação, flotação ou filtração rápida.

Segundo Amirthrajah, A & Mills (1982), citados por Di Bernardo (2005),

os mecanismos de coagulação por adsorção e neutralização de cargas e por

varredura, quando é utilizado sulfato de alumínio, podem ocorrer segundo os

caminhos indicados da Figura 6:

Figura 6 - Caminhos para a coagulação por adsorção-neutralização de carga e por varredura utilizando sulfato de alumínio

Fonte: Di Bernardo, 2005

É importante ressaltar que coagulação e floculação podem ser

consideradas uma única etapa por serem simultâneas e interdependentes, e

usados como um pré-tratamento para a remoção de toda carga orgânica a

partir de um tratamento físico-químico da água.

Sabendo-se disso, para que sejam determinadas as condições ótimas de

coagulação e estabelecidas qual o melhor tipo e a melhor dosagem de

coagulantes, faz-se o “Jar Test” para melhor remoção orgânica.

5. METODOLOGIAOs experimentos foram realizados no laboratório químico da Estação de

Tratamento de Água da cidade de Mogi Guaçu. As amostras de água bruta

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foram testadas em 3 diferentes turbidez (20, 70 e 160 NTU) coletadas na

própria estação.

Foi utilizado o equipamento “Jar Test” da marca POLICONTROL,

conforme Figura 7, para os ensaios, sendo este contendo 6 cubas quadradas

em acrílico transparente de 2 litros cada e velocidade programável de 10 a 700

rpm.

Figura 7 – Equipamento “Jar Test” Fonte: Metrológica, 2016

Em cada uma das 3 amostras com diferentes turbidez de água bruta, os

testes foram realizados nas cubas do “Jar Test” com dosagens de 20, 40, 60,

80, 100 e 110 mg de produto químico coagulante por litro de água, sendo

utilizados os produtos: cloreto férrico, sulfato de alumínio e policloreto de

alumínio.

O pH das amostras coletadas foi mantido na faixa de 6,0 a 9,5 conforme

os parâmetros estabelecidos pelo Ministério da Saúde.

Os produtos foram dosados e as amostras foram agitadas por 2 minutos

e meio a 300 rpm, reduzida para 50 rpm por 4 minutos, em seguida a

velocidade foi reduzida novamente para 10 rpm por mais 3 minutos. Após a

agitação, as amostras foram deixadas em decantação por 5 minutos e depois

coletadas para medição de pH, turbidez e cor aparente.

7. RESULTADOS E DISCUSSÃOAo analisar os dados obtidos para cada dosagem diferente de

coagulante, avalia-se a eficiência de redução da turbidez a partir da turbidez

inicial da água bruta. Os resultados foram descritos na Tabela 2.

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Tabela 2 – Resultados dos testes de coagulação no “Jar Test”

Coagulante

Turbidez Água-Bruta

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Turbidez de Água Tratada NTUDosagem de Coagulante (mg-coagulante/ litro-água)

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CloretoFérrico

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20 21,8 7,99 4,58 *2,0 *2,0 -

Sulfato deAlumínio

160 150 76,8 27,6 25,9 *10,0 -70 69,7 65,3 23,7 18,0 *7,0 -

20 19,2 13,1 *6,0 *2,0 *2,0 -

Policloretode

Alumínio

160 64,5 31,2 14,3 10,1 *3,0 -

70 49,8 20,1 16,4 11,1 7,53 -

20 14,4 9,09 6,18 2,58 *0,0 -* Valores interpolados

Fonte: Autora, 2018

Para visualizar melhor os resultados, estes foram plotados em gráficos

como ilustrados nas Figura 8 para o cloreto férrico, Figura 9 para o sulfato de

alumínio e Figura 10 para o policloreto de alumínio.

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Dosagem - Cloreto Férrico-mg/ L-água

Turbidez Água Tratada x Dosagem de Cloreto Férrico

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Figura 8 – Turbidez Água Tratada x Dosagem do Cloreto FérricoFonte: Autora, 2018

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Dosagem - Sulfato de Alumínio-mg/ L-água

Turbidez Água Tratada x Dosagem de Sulfato de Alumínio

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Figura 9 – Turbidez Água Tratada x Dosagem do Sulfato de AlumínioFonte: Autora, 2018

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Dosagem - Policloreto de Alumínio-mg/ L-água

Turbidez Água Tratada x Dosagem de Policloreto de Alumínio

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Figura 10 – Turbidez Água Tratada x Dosagem do Policloreto de AlumínioFonte: Autora, 2018

Analisando as figuras acima do processo de coagulação, observa-se que

a eficiência de coagulação ou a capacidade de produzir água tratada com

menor turbidez, depende da turbidez da água bruta e da dosagem de

coagulante, sendo que avaliamos esta eficiência em três faixas de turbidez da

água bruta: 160 NTU, 70 NTU e 20 NTU.

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Para o tratamento de água bruta com turbidez de 160 NTU, a dosagem

do cloreto férrico é baixa, ou seja, menor que 60 mg por litro de água, quando

comparada a dosagem de 80 mg por litro do sulfato de alumínio e do policloreto

de alumínio.

Quando a turbidez da água bruta a ser tratada é de 70 NTU, o cloreto

férrico é dosado a 60 mg por litro de água. Para o sulfato de alumínio, a

dosagem é de 80 mg por litro de água. O policloreto de alumínio é dosado a

100 mg por litro de água.

Turbidez de água bruta igual a 20 NTU, o cloreto férrico é dosado a 60

mg por litro de água, o sulfato de alumínio a 40 mg por litro de água e a

dosagem de policloreto de alumínio é de 80 mg por litro de água.

Estes resultados estão descritos abaixo na Tabela 3.

Tabela 3 – Dosagem de coagulante em função da turbidez

CoagulanteDosagem de Coagulante (mg-cogulante/litro-água)

Água Bruta160 NTU

Água Bruta70 NTU

Água Bruta20 NTU

CloretoFérrico 60 60 60

Sulfato deAlumínio 80 80 40

Policloretode Alumínio 80 100 80

Fonte: Autora, 2018

Portanto, fica explicito qual a menor dosagem necessária para a

produção de água tratada do cloreto férrico, sulfato de alumínio e policloreto de

alumínio.

8. ANÁLISE TÉCNICO ECONÔMICA DA UTILIZAÇÃO DOS COAGULANTES

Foi orçado os preços dos produtos com a empresa produtora e

comercializadora dos coagulantes na região de Mogi Guaçu – SP. Para o

Cloreto Férrico – R$ 1543,00 /ton, Sulfato de Alumínio – R$ 400 /ton e

Policloreto de Alumínio – R$ 840,00 /ton.

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A partir dos dados da Tabela 2 e dos preços dos coagulantes, é possível

calcular o custo de coagulação por tipo de coagulante utilizado para o

tratamento de água atingir com turbidez diferentes da água bruta do Rio Mogi

Guaçu.

Na Tabela 4 estão os resultados comparativos de custos de aplicação

para cada coagulante para cada mil metros cúbicos de água tratada.

Tabela 4 – Comparativo econômico da aplicação de coagulantes

CoagulanteCusto de Aplicação de Coagulante (R$/1000 m³-água)

Água Bruta160 NTU

Água Bruta70 NTU

Água Bruta20 NTU

CloretoFérrico R$ 92,58 R$ 92,58 R$ 92,58

Sulfato deAlumínio R$ 32,00 R$ 32,00 R$ 16,00

Policloretode Alumínio R$ 67,20 R$ 84,00 R$ 87,20

Fonte: Autora, 2018

Analisando os dados e comparando o sulfato de alumínio e o policloreto

de alumínio, apesar do melhor custo benefício e dosagens equivalentes, o

sulfato de alumínio não é recomendado por não conseguir tratar a água com

eficiência. O cloreto férrico é descartado pelo seu preço elevado.

9. CONCLUSÃOO “Jar Test” é uma ótima ferramenta para a realização de testes das

condições de coagulação e floculação em tratamento de água, sendo possível

abordar a influência da turbidez da água bruta e das dosagens de diferentes

coagulantes no processo de coagulação.

De acordo com os resultados, foi possível notar que o coagulante

policloreto de alumínio foi o de melhor eficiência para o tratamento da água do

Rio Mogi Guaçu. O sulfato de alumínio teve dosagens semelhantes ao

policloreto de alumínio, porém, este não apresentou eficiência no tratamento. O

cloreto férrico foi o coagulante que utilizou menores dosagens de produto, mas

alto custo de compra, sendo desconsiderado.

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Conclui-se então que o coagulante mais eficiente para o tratamento de

água bruta é o policloreto de alumínio no tratamento de água da cidade de

Mogi Guaçu, além da eficiência, seu preço é altamente competitivo, reduzindo

assim o custo de aplicação e garantindo uma água excelente.

Esta técnica pode ser feita em outras unidades de tratamento de água

municipais e industriais, porém, é necessário a consciência de que os

resultados não serão os mesmos. Ratificamos que os dados aqui reportados

não foram encontrados na literatura disponível.

10. REFERÊNCIAS BIBILOGRÁFICASAMIRTHRAJAH, A e MILLS, K.M. Rapid-mix design for mechanisms of alum coagulation. Journal of American Water Works Association, 74 (4), p.210-2316, 1982.

DI BERNARDO, L.; DANTAS, A. B. Métodos e técnicas de tratamento de água. v. 1 e 2,e.2. Rima editora, São Paulo, 2005.

PORTARIA DE CONSOLIDAÇÃO Nº5, de 28 de Setembro de 2017. Biblioteca Virtual em Saúde. Ministério da Saúde. Disponível em: <http://bvsms.saude.gov.br/bvs/saudelegis/gm/2017/prc0005_03_10_2017.html> Acesso em: 20 de Outubro de 2018.

SOUSA, Mabel Ribeiro. (2009). Estudo do lodo gerado na estação de tratamento de água de Buíque – PE: Caracterização, Quantificação e Identificação de oportunidades de minimização de resíduos. São Cristóvão – SE, 2009. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de Sergipe.

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