TRATAMENTO DE ÁGUA POR FLOTAÇÃO COM AR DISSOLVIDO: EFEITOS DO USO DE POLÍMEROS NA REMOÇÃO DE POLUENTES
V. H. S. RAMOS1, B. V. CRUZ1, E. N. REIS1, M. R. P. CARNEIRO2, E. DE
JESUS1*
1Departamento de Engenharia Química, PEQ, Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, SE, 49100-000, Brazil.
2Departamento de Biologia, Universidade Federal de Sergipe, São
Cristóvão-SE, 49100-000, Brasil.
*Cidade Universitária Professor José Aloísio de Campos, Av. Marechal Rondon, s/n, Jardim Rosa Elze, São Cristóvão, Sergipe, 49100-000, Brasil.
e-mail: edilsonjs@ufs.br
RESUMO
No presente trabalho, foi avaliado o desempenho de coletores poliméricos no tratamento de água do Rio Poxim, Sergipe, Brasil por flotação com ar dissolvido. Os testes foram realizados usando sulfato de alumínio e sulfato férrico como coagulantes. Como auxiliares de floculação foram utilizados goma de quiabo, amido solúvel e um polímero aniônico comercial. Os testes foram realizados utilizando o sistema de flotação da Ethikitechnology. Em todos os ensaios foram fixados os valores de mistura rápida de 150 rpm durante 60 s, mistura lenta de 30 rpm durante 600 s, a pressão de saturação de 5,81 atm e tempo de saturação de ar na câmara de saturação de 15 min. Os resultados indicaram que a flotação com o uso de polímeros melhorou as características da água, sendo que os melhores resultados foram alcançados com uso de amido solúvel e sulfato de alumínio, obtendo-se redução de 94,19% de turbidez, 100% da cor aparente, 87,55% de sólidos suspensos, 83,3% de DQO, 87,1% de DBO e 100% de coliformes totais.
Palavras-chave: Tratamento de água, flotação, polímero.
INTRODUÇÃO
A água, recurso natural, essencial à vida de todos os seres humanos e à manutenção dos ecossistemas. Além de possuir valor econômico, estratégico e social, é um patrimônio do planeta. Sua qualidade é definida de acordo com as normas que estabelecem parâmetros de potabilidade e de lançamento, embasados em critérios de qualidade estabelecidos a partir da finalidade da água e que devem ser atendidos para a proteção da saúde e do meio
ambiente. Estes critérios estão presentes na Portaria do Ministério da Saúde 2914/2011 de 12 de dezembro de 2011(1) e na Resolução 357 do CONAMA de
17 de março de 2005(2) e na Portaria Nº 2.914 (1) do Ministério de Saúde.
A operação unitária coagulação-floculação é influenciada pelo tipo de coagulante, dosagem, concentração de partículas, pH da solução, a velocidade de agitação, natureza do auxiliar de floculação e o tempo de mistura rápida e lenta (3). Já a flotação é um processo de separação que utiliza as diferentes
características de superfície dos materiais. A seletividade do processo se baseia na hidrofobicidade de uma partícula associado à sua molhabilidade pela água.
Assim, o trabalho caracterizou-se pelo uso de agentes coletores que proporcionassem melhor interação ar e os poluentes em suspensão presentes na água, que são constituídos basicamente de sílica e matéria orgânica.
MATERIAIS E MÉTODOS
Polímeros usados como gentes coletores utilizados
Foram utilizados goma de quiabo, amido solúvel e polímero aniônico utilizado na ETA Poxim-SE. A goma foi obtida através da extração aquosa das vagens da planta madura. O quiabo foi inicialmente cortado em rodelas e colocado em água destilada na proporção de 25% (mv-1).
Amostras de água bruta para análise
As amostras de água foram coletadas na unidade de tratamento de água ETA-POXIM situada nas proximidades da UFS, conforme a metodologia proposta no Standard Methods for the Examinationof Waterand Wastewater (4).
As coletas de água foram realizadas entre 6:00h e 7:00h, todas na saída da tubulação que direciona a água bruta afluente para a estação.
Determinação de íons de Fe total na forma de Fe(II) por espectrofotometria
A solução padrão de Fe(II) foi preparada a partir do sulfato férrico amoniacal dissolvendo 50 g em 500 mL de água destilada, formando assim, uma solução de 28 mg L-1 de Fe (II). Foram obtidas, por diluições, soluções nas
determinação da curva de calibração, segundo procedimento de determinação de Fe(II) por complexação ortofenantrolina. A absorbância foi medida no espectrofotômetro (da Biospetro modelo 220) no comprimento de onda igual a 510 nm.
Determinação de cor aparente
A solução padrão de cor foi preparada a partir do cloroplatinato de potássio. Foram obtidas, por diluições, soluções nas concentrações padrões de 5; 10; 15; 20; 25; 30; 40 e 50 Uc para determinação da curva de calibração por espectrofotometria. A absorbância foi medida no espectrofotômetro (UV-Biospetro modelo 220) no comprimento de onda igual a 455 nm.
Determinação de turbidez
A turbidez foi medida pelo método nefelométrico.
Teste batelada de flotação
Os testes em batelada foram realizados em ensaios flotatest Nova Ética (218-3 FLOW). Foi utilizado 2 L de água para cada jarro, a velocidade de mistura rápida de 150 rpm, duração de 1 minuto, 3,0 mL de coagulante sulfato férrico 5% w/w, 3 gotas de permanganato de potássio 0,5% w/w e velocidade de mistura lenta 30 rpm durante 10 minutos. Na etapa de mistura lenta, foi adicionado o auxiliar de floculação (biomaterial) na dosagem 0,1 g L-1 de água
bruta (água sintética). A câmara de saturação foi preenchida com água e saturada com ar a pressão de 6 kgf cm-2 durante 15 min. Após a mistura lenta
foi efetuada a flotação com 20% de recirculação. Foram coletadas amostras para a determinação da turbidez, cor e íons de ferro nos tempos de 2, 3, 4, 5, 6, 10, 15, 20, 30, 40, 50 e 60 min após o início da flotação.
Espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR)
As amostras de biomateriais foram analisadas na forma de pastilhas de KBr utilizando o equipamento Nicolet, modelo i-10 FTIR, com acessório SMART-OMNI, na região compreendida entre 400 e 4000 cm-1 com resolução
Análise microbiológica da água
Foram realizadas análises de Coliformes Totais e Fecais, onde se tem a determinação pelo número mais provável de coliforme por mL (NMP/mL) da amostra. As análises foram realizadas de acordo com o Standard Methods for the Examination of Waterand Wastewater (4).
Demanda Química de Oxigênio (DQO)
As análises de determinação de demanda química de oxigênio (expressa em mg O2/L) foram realizadas pelo método do refluxo do dicromato (4).
Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO)
As análises de determinação de demanda bioquímica de oxigênio foram realizadas pelo método iodométrico ou de Winkler, proposto por Winkler e modificado por Strickland e Parsons (5).
RESULTADOS
O sistema utilizado neste trabalho está representado na Figura 1.
Figura 1 – Sistema de flotação: 1 - Compressor 2 – Câmara de pressurização 3 - manômetro 4 – válvula. 5 – Tanque de agitação.
Na avaliação o comportamento do sistema após a flotação, mediu-se a turbidez nos tempos de 2, 3, 4, 5, 6, 10, 15, 20, 30, 40, 50 e 60 min. Pela Fig. 2, nota-se que o uso de sulfato de alumínio possibilita sustentação de turbidez menor em um maior período de tempo em relação ao sulfato férrico,
possivelmente este comportamento encontra-se relacionado a formação de bolhas mais resistentes, sendo assim mais atrativo para o tratamento por flotação.
Figura 2 – Comportamento da turbidez usando sulfato de alumínio e sulfato férrico
Com a finalidade de aumentar a eficiência do tratamento de água, diferentes coletores foram testados. Os coletores agem, em sua maioria de cadeia longa, atuam modificando a superfície das impurezas, passando de hidrofílica para hidrofófica, facilitando assim a sua remoção. Dentre eles, polímero aniônico comercial, goma de quiabo e amido solúvel. Outros materiais têm sido utilizados como coletores no processo de flotação por ar dissolvido como álcool polivinílico modificado, polietilenoglicol (6) e coletores aniônicos (7).
A Fig. 3 mostra o comportamento da turbidez com o sulfato de alumínio com uso de coletores, observa-se que o amido possibilitou melhor comportamento da turbidez com o tempo em relação aos outros coletores. Mesmo com o aumento de turbidez quando se utilizou amido solúvel, em todos os experimentos os parâmetros de potabilidade avaliados estiveram abaixo dos padrões constantes na Portaria 2914/2011 (1).
Figura 3 – Variação da turbidez com o tempo para os coletores
A Tab. 1 mostra os resultados das análises de turbidez, sólidos suspensos, cor aparente, E. Coli, ferro total, DBO e DQO realizadas 20 min após a flotação, em que Tratamento 1 - Sulfato de alumínio, Tratamento 2 - Sulfato férrico, Tratamento 3 - Sulfato de alumínio + polímero aniônico, Tratamento 4 - Sulfato de alumínio + Goma de quiabo e Tratamento 5 - Sulfato de alumínio + amido solúvel.
Tabela 1 – Influência dos coletores
Tratamentos DBO (%) DQO (%) E. Coli (%) SS (%) Turbidez (%) Cor Aparente (%) Ferro Total (%) 1 88.31 58.15 99.67 57.98 98.63 100 100 2 86.89 38.76 96.04 65.16 95.65 100 - 3 80.53 66.67 100 91.59 86.72 83.55 100 4 81.96 66.67 100 94.54 97.87 100 100 5 87.12 83.3 100 87.5 94.19 100 100
Todos os tratamentos foram eficientes na redução de ferro total, cor aparente e E. Coli. Os tratamentos com coletores apresentaram reduções mais efetivas de sólidos suspensos aumentando assim a qualidade da água tratada.
Ao observar a variação da concentração de DBO e DQO como indicativo de poluição da água (8) foi percebido maior redução na DQO quando houve a
adição de coletores no tratamento, sendo que o amido solúvel apresentou a maior redução de DQO (83,3%). Apesar da turbidez em todos os tratamentos estar dentro dos limites de distribuição segundo a Portaria 2914 MS (1), foi
observado variação da turbidez com o tempo após o teste de flotação (Estudo cinético de flotação) que, de acordo com Bueno-Tokunaga (9), está diretamente
ligada ao tempo de vida e tamanho da microbolha bolha formada durante a despressurização e ao reagente químico de flotação.
CONCLUSÕES
Os resultados alcançados mostram a importância do uso de substância biodegradáveis no processo de flotação, como coletores, que favorecem a formação de flocos que possibilitam maior redução de poluentes. Dentre o amido solúvel, goma de quiabo e o polímero aniônico avaliados neste trabalho, o amido solúvel apresentou-se como o melhor coletor aumentando a redução de parâmetros como DBO, DQO, turbidez e cor das águas tratadas pelo processo de flotação com ar dissolvido.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à Universidade Federal de Sergipe, a CAPES, a UFPB, ao CNPq e à FAPITEC/SE – Fundação de apoio à Pesquisa de Sergipe e Inovação pelo apoio financeiro.
REFERÊNCIAS
1. BRASIL. Ministério da Saúde. Portaria 2914, de 12 de dezembro de 2011. Estabelece os parâmetros de qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade, e dás outras providências. Brasília, DF, MS, 2010. 2. CONAMA – Conselho Nacional do Meio Ambiente. Resolução CONAMA nº 357,
2005.
3. CHAKRABORTI R.K., GARDNER K.H., ATKINSON J.F., Van Benschoten J.E., Changes in fractal dimensionduringaggregation, Water Research v. 37, p. 873– 883, 2003.
4. APHA. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 21rd ed., Washington: American Public Heath Association, 2005.
5. STRICKLAND, J.D.H., and Parsons, T.R. Determination of dissolved oxygen in A Practical Handbook of Seawater Analysis. Fisheries Research Board of Canada,Bulletin, 167, 71–75, 1968
6. AL-ZOUBI, H.; IBRAHIM, K. A.; ABU-SBEIH, K. A. Removal of heavy metals from wastewater by economical polymeric collectors using dissolved air flotation process. Journal of Water Process Engineering. 8 (2015) 19–27.
7. OLIVEIRA, M. F. Desempenho de coletores aniônicos de minerais portadores de ferro na concentração de feldspato por flotação. Trabalho apresentado à disciplina de TCC II, do curso de Engenharia Química, na Universidade Federal de Alfenas, Poço de Caldas, 2014.
8. VALENTE, J. P. S; PADILHA, P. M.; SILVA, A. M. M. Oxigênio dissolvido (OD), demanda bioquímica de oxigênio (DBO) e demanda química de oxigênio (DQO) como parâmetros de poluição no ribeirão Lavapés/Botucatu – SP. Eclet. Quím. vol.22 São Paulo 1997.
9. BUENO-TOKUNAGA, A.; PÉREZ-GARIBAY, R.; MARTÍNEZ-CARRILLO, D. Zeta potential of air bubbles conditioned with typical froth flotation reagents. International Journal of Mineral Processing, 140 (2015) 50–57.
FLOTATION FOR WATER TREATMENT WITH AIR DISSOLVED: EFFECTS OF POLYMERS FOR POLLUTANTS REMOVAL
ABSTRACT
In this study, the performance of polymeric collectors was evaluated in treatment water Poxim river (Sergipe, Brazil) by flotation with dissolved air. The tests were performed using aluminum and ferric sulfate as the coagulant. The flocculation aids used were okra gum, soluble starch and a commercial anionic polymer. The tests were performed using the flotation system Ethikitechnology. The tests were performed to 150 rpm for 60 s rapid mixing and 30 rpm for 600 s flocculation (slow mixing). The saturation pressure of 5.81 atm and air saturation time 900 s. The results indicated that flotation with the use of polymers improved the water characteristics. The best results were achieved with the use of soluble starch and aluminum sulfate, reduction in turbidity 94.19%, apparent color 100%, suspended solids 87.55%, COD 83.3%, BOD 87.1% and total coliforms 100%.
