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Remoção de partículas de suspensões de caulim e de águas brutas por coagulação-floculação com cloreto férrico e amido gelatinizado

Resumo

Nas estações de tratamento de águas de abastecimento (ETAs) são utilizados reagentes visando a agregação e separação de partículas suspensas por sedimentação ou flotação. Alguns dos coagulantes e floculantes usualmente empregados são contestados por questões técnicas, econômicas e de saúde. Este trabalho resume aspectos da problemática ambiental do uso desses reagentes, principalmente os sais inorgânicos de alumínio devido aos efeitos prejudiciais à saúde humana, após ingestão cumulativa quando somados a outras fontes. Além disso, os floculantes comerciais a base de poliacrilamidas possuem monômeros residuais (acrilamida) que representam riscos ecotoxicológicos e os taninos requerem, na sua fabricação, de formaldeído e cloreto de amônio, compostos reconhecidamente tóxicos. Esta dissertação apresenta ainda um estudo experimental de formação e caracterização estrutural dos flocos e a clarificação de suspensões aquosas (caulim como partículas modelo) e de água bruta (Rio dos Sinos, Novo Hamburgo-RS) com FeCl3 e amido gelatinizado, como exemplo de reagentes ambientalmente sustentáveis. Os resultados obtidos com essa combinação de reagentes foram comparados com cloreto de polialumínio (PAC), reagente usado na ETA desse município, em termos de índices de floculação (IF), microscopia ótica, volume de sólidos formados e redução da turbidez, após floculação-sedimentação. Os ensaios foram realizados em escala de bancada e em sistema contínuo de coagulação-floculaçãosedimentação e visaram avaliar e otimizar comparativamente os parâmetros físico-químicos e hidrodinâmicos envolvidos. O IF usando cloreto férrico e amido gelatinizado foi mais elevado validando as concentrações ótimas obtidas nos estudos de floculação-sedimentação. Ainda, a estrutura dos flocos e volume de lodo formado (avaliados por microscopia ótica e medidos em cones Imhoff), mostraram flocos estruturados com elevada taxa de sedimentação, com o uso de FeCl3 e amido gelatinizado. Os resultados de bancada (testes de jarros) mostraram que as melhores condições foram: i. [PAC] = 60 mg.L-1 ; pH =7,5; gradiente de velocidade (G) mistura rápida = 1000 s-1 ; G mistura lenta = 40 s-1 , e ii. [Fe3+] = 15 mg.L-1 ; [amido gelatinizado] = 10 mg.L-1 ; pH =7,0; G mistura rápida = 1000 s-1 ; G mistura lenta = 60 s-1. Esses resultados de clarificação foram validados em regime contínuo usando água bruta real, avaliando o efeito de lamelas inclinadas no tanque de separação (sedimentação lamelar – SL). Foram obtidos valores de turbidez residual média de 2,5 NTU (turbidez inicial = 26,2 NTU), com o uso de lamelas (inclinação de 60º e espaçamento de 1,3 cm), com FeCl3 + amido gelatinizado, para uma taxa de aplicação superficial (TAS) = 3 m.h-1 com elevado gradiente de velocidade (60s-1 ). Com o uso de PAC, nas mesmas condições de TAS e sedimentação, foram obtidos valores médios de turbidez residual de 11 NTU e com menor gradiente de velocidade (40s-1 ) na etapa de floculação. Os resultados foram discutidos em termos dos mecanismos envolvendo adesão/aprisionamento das partículas no efeito de varredura e formação de flocos pela interação das moléculas de amido (especialmente amilopectina) com partículas (coágulos) portadoras de ferro. Como conclusão principal, é indicado o potencial de aplicação combinada de um reagente sustentável e não-tóxico com um reagente a base de sal de íons férricos para o tratamento de águas. Recomenda-se validar os resultados em escala piloto, para levantamento de parâmetros de projeto em nível industrial, com o uso da combinação dos reagentes propostos.

Introdução

Visando o enquadramento das águas em padrões de potabilidade, em Estações de Tratamento de Água (ETAs), diferentes operações unitárias são necessárias na remoção ou redução de impurezas orgânicas e inorgânicas dentro dos limites estabelecidos em normas e leis. As impurezas se encontram como partículas dispersas e/ou substâncias dissolvidas na água, oriundas dos mananciais, da decomposição de matéria orgânica (suspensa e/ou dissolvida), da contaminação pelo ar, das descargas de efluentes domésticos e industriais e de resíduos de origem animal ou biológico na forma de bactérias, esporos, cistos e algas (ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY – IRELAND, 2002).

A remoção de macro, micro e nanopartículas suspensas no tratamento de águas superficiais para abastecimento público visa reduzir a turbidez, odor, cor, e a matéria orgânica. A agregação (coagulação, floculação ou ambas) das partículas dispersas é essencial na separação sólido/líquido, seja por flotação ou sedimentação visando a clarificação (AZEVEDO, 2013; DI BERNARDO; PAZ, 2008; OLIVEIRA; RUBIO, 2011). Para tanto, são empregados sais inorgânicos, usualmente sulfato de alumínio (Al2(SO4)3), cloreto férrico (FeCl3), sulfato ferroso (FeSO4) e cloreto de polialumínio (PAC).

Neste contexto, existem estudos sobre a presença de compostos na fabricação de coagulantes e floculantes empregados como reagentes nos processos de agregação que podem oferecer riscos à saúde humana e, por esses motivos, este estudo faz um resumo e análise crítica das principais preocupações sobre aspectos de sustentabilidade desses reagentes. O desenvolvimento de coagulantes e floculantes com menores riscos ambientais e sanitários, com objetivo de eliminar os problemas já citados, vêm sendo bastante estudado, incluindo compostos naturais ou inócuos.

Dentro desta linha de pesquisa, este estudo foi desenvolvido visando avaliar o uso de amido gelatinizado, empregado como reagente floculante, com cloreto férrico, tradicional reagente coagulante, uma combinação inédita no tratamento de águas, tendo em vista a sustentabilidade do amido natural, que também não apresenta compostos tóxicos em sua composição e propicia a redução da concentração do reagente coagulante a base de íons férricos

Autor: Carlos Eduardo Prates Gomes.

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