II MÉTODO COMPARATIVO DO TAMANHO DOS FLOCOS FORMADOS APÓS COAGULAÇÃO COM SULFATO DE ALUMÍNIO E CLORETO FÉRRICO

II-019 - MÉTODO COMPARATIVO DO TAMANHO DOS FLOCOS

FORMADOS APÓS COAGULAÇÃO COM SULFATO DE ALUMÍNIO E

CLORETO FÉRRICO

Valter Lúcio de Pádua(1)

Engenheiro Civil pela UFMG. Doutor em Hidráulica e Saneamento pela EESC-USP, atualmente participa do programa de Desenvolvimento Científico Regional do CNPq junto a UFC.

Luiz Di Bernardo

Professor Titular do Departamento de Hidráulica e Saneamento da Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo.

Endereço(1)_{: Universidade Federal do Ceará - Departamento de Engenharia Hidráulica e}

Ambiental Campus do Pici Bloco 713 Pici Fortaleza CE CEP: 60451970 Brasil Tel: +55 (85) 2889623 -Fax: +55 (85) 288-9627 - e-mail: paduavl@ufc.br

RESUMO

A tamanho e o número de partículas presentes na água bruta são parâmetros que influem na eficiência de processos e operações unitárias do tratamento de água. A existência de partículas grandes na água filtrada, por exemplo, dificulta o processo de desinfecção; a presença de pouca matéria em suspensão pode afetar negativamente a eficiência da coagulação e da floculação; na decantação o tamanhos das partículas está associado à velocidade de sedimentação, sendo desejado partículas com maior dimensão; na filtração tem-se observado que para uma mesma concentração de partículas a perda de carga desenvolvida ao longo da carreira é maior quando se tem suspensão com partículas de menor tamanho. Em decorrência do custo relativamente elevado dos equipamentos destinados à determinação do número e tamanho das partículas, há dificuldade em utilizar esses parâmetros na etapa de escolha da tecnologia de tratamento de água e na investigação do desempenho dos processos e operações unitárias envolvidas no tratamento. A determinação do número e tamanho de partículas na água floculada é ainda mais complexa devido a fragilidade dos flocos, que podem romper-se com facilidade, descaracterizando a amostra original. No caso de estações de tratamento de água (ETAs) com unidades de decantação, o tamanho dos flocos pode ser indiretamente relacionado com sua sedimentabilidade, fazendo-se ensaios em jarteste, ou, preferencialmente em colunas de sedimentação. No presente trabalho é proposta uma técnica indireta de comparação do tamanho dos flocos resultantes da coagulação com cloreto férrico e com sulfato de alumínio, seguido da floculação. Os ensaios foram realizados em jarteste passando-se as amostras de água decantada em mantas sintéticas não-tecidas com tamanho médio dos poros conhecido. Os resultados obtidos foram indicativos de que os flocos formados na coagulação da água de estudo com cloreto férrico possuíam maior tamanho do que quando foi utilizado sulfato de alumínio, o que, sob este aspecto, tornaria mais vantajoso o emprego de cloreto férrico caso se previsse o emprego da tecnologia de filtração direta precedida de floculação. Durante os ensaios, deve-se evitar a descaracterização das amostras, que pode ocorrer devido a ruptura excessiva de flocos antes da filtração, pois tal fato distorceria os resultados. Recomenda-se a realização de outros ensaios e a comparação dos resultados obtidos pela técnica descrita neste trabalho com os de equipamentos que permitem a contagem e medição de partículas floculentas.

PALAVRAS-CHAVE: Tratamento de Água, Tamanho de Flocos, Coagulação, Sulfato de Alumínio, Cloreto

Férrico.

INTRODUÇÃO

O sulfato de alumínio e o cloreto férrico são os coagulantes mais utilizados no tratamento de água para abastecimento público. Freqüentemente, nos estudos comparativos entre os dois, tem-se observado que o cloreto férrico possibilita a produção de água decantada de melhor qualidade com dosagens relativamente menores que as de sulfato de alumínio. Existem diversas hipóteses para explicar esse fato.

FOTOGRAFIA NÃO DISPONÍVEL

O cloreto férrico apresenta cerca de duas vezes mais carga positiva por peso seco de coagulante que o sulfato de alumínio. Assim, espera-se que a remoção de determinadas impurezas presentes na água seja alcançada com metade da dosagem do segundo coagulante. O maior consumo de alcalinidade e, conseqüentemente, maior redução do pH para dosagem similar à do sulfato de alumínio, favorece a remoção de substâncias húmicas com cloreto férrico. Além disso, as diferenças quanto à superfície específica, afinidade entre os hidróxidos dos metais dos coagulantes e as impurezas removidas e a densidade dos flocos resultantes são algumas hipóteses utilizadas para diferenciar o comportamento do sulfato de alumínio e do cloreto férrico. Segundo KAWAMURA (1999) em baixas temperaturas (< 8o C), é comum observar a deterioração da qualidade da água filtrada, principalmente quando é empregado sulfato de alumínio como coagulante. Uma alternativa em situações dessa natureza é utilizar um sal de ferro e polímero para promover a coagulação, uma vez que o íon férrico possibilita a formação mais rápida de flocos do que o sulfato de alumínio a baixas temperaturas e o polímero aumenta a resistência ao cisalhamento do floco.

Ainda em relação ao emprego de sais de alumínio e de ferro como coagulantes, é conveniente ressaltar que geralmente o cloreto férrico apresenta resultados mais satisfatórios que o sulfato de alumínio quando a água bruta apresenta alcalinidade e pH mais elevados. Uma situação típica pode ser observada no trabalho de WAGNER e HUDSON Jr. (1982), os quais relatam a melhoria no processo de tratamento de uma ETA ao substituir o sulfato de alumínio por cloreto férrico em decorrência da elevação do pH provocado pelo aumento da concentração de algas na água bruta. Outra característica importante a ser considerada no estudo comparativo entre dois coagulantes é o tamanho dos flocos formados. Contudo, devido a fragilidade dos flocos, raramente é feita a medição deles, embora haja equipamentos sofisticados que podem ser utilizados com esta finalidade.

Quando se visa a decantação da água, é importante a obtenção de flocos com maior tamanho, já que a eles estão associadas as maiores velocidades de sedimentação, mantidos os outros parâmetros que podem influir nessa velocidade. Além disso, tem sido mencionado na literatura que, para a mesma concentração de matéria em suspensão, a evolução da perda de carga nos filtros é menos acentuada quando se tem partículas de maior tamanho. O custo elevado dos contadores de partícula torna esses equipamentos pouco acessíveis às ETAs e até mesmo a muitos centros de pesquisa. Em decorrência disso, procurou-se neste trabalho avaliar a potencialidade do emprego de mantas não tecidas no estudo comparativo do tamanho dos flocos formados após a coagulação de água com sulfato de alumínio e com cloreto férrico, de modo a se ter uma técnica auxiliar que permita auxiliar investigações experimentais.

MANTAS SINTÉTICAS NÃO TECIDAS

A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) define os não-tecidos como "uma estrutura plana, flexível e porosa constituída de véu ou manta de fibras ou filamentos, orientados direcionalmente ou ao acaso, consolidadas por processo mecânico (fricção) e/ou químico (adesão) e/ou térmico (coesão) ou combinação destes. Excluem-se desta definição o papel, os filtros por feltragem (agulhados ou não adicionalmente), os produtos obtidos por tecelagem, malharia e ‘tufting’, e os transformados por meio de costuras com fios incorporantes ou filamentos de ligação/reforço (...)" (ABNT: Projeto 17:000.02-002). O grupo de têxteis abrangido pela designação de não-tecidos é muito diversificado, incluindo produtos com estruturas diferentes empregados nos mais diversos segmentos, tais como indústria de confecção, indústria elétrica, indústria automobilística e construção civil. Nas obras civis, destaca-se o emprego de não-tecidos na construção de estradas, barragens, canalizações, controle de erosão, proteção ambiental, captação de água subterrânea, impermeabilização, canais de irrigação, isolação térmica e acústica de tetos e paredes.

As propriedades das fibras e o processo de fabricação definem as características finais dos não-tecidos, que podem ser leves ou pesados; macios, flexíveis ou rígidos; absorventes ou impermeáveis, etc., adequando-se ao uso a que se destina. Os não-tecidos são usados como meio filtrante numa grande variedade de aplicações, tais como filtração de pós-industriais, produtos químicos, óleos e líquidos de refrigeração. A manta não-tecida utilizada neste trabalho foi caracterizada em termos da composição, diâmetro médio das fibras, espessura, porosidade, massa específica, superfície específica, permeabilidade e tamanho médio dos poros.

A composição das mantas normalmente é fornecida pelos fabricantes, assim como o título das fibras, a partir do qual pode ser calculado o diâmetro médio. No caso de mantas constituídas por mais de uma fibra, ou por fibras com títulos diferentes, PATERNIANI (1991) sugere que seja calculado o diâmetro médio (df ),

respeitando-se as porcentagens correspondentes de cada fibra. A espessura das mantas pode ser medida diretamente. A porosidade representa a relação entre o volume de vazios e o volume total. Como algumas mantas são muito compressíveis, o valor da porosidade depende da força de compressão aplicada. Sob uma força específica, este parâmetro pode ser determinado por meio da equação (1).

f m ρ ρ 1 ε= − equação (1)

em que ε: porosidade [adimensional] ρm: massa específica da manta [ML

-3

]

ρ

-3

]

ρf é fornecido pelo fabricante da manta, ou encontrado na literatura e ρ_m é obtido dividindo-se a

gramatura da manta (massa por unidade de área) por sua espessura. No caso de mantas constituídas por mais de uma fibra, PATERNIANI (1991) sugere que seja calculada a massa específica média, conforme a equação (2). f ρ 100 ρ x ... ρ x ρ x_{1 f1}+ _{2 f2}+ + _{i fi} = equação (2)

em que ρfi: massa específica da i-ésima fibra da manta [ML -3

] x

i : porcentagem de cada material “i” na composição da manta

ρ

-3

]

A superfície específica de mantas constituídas de fibras com seção circular pode ser calculada pela equação (3). f O d ε) 4(1 S = − equação (3)

em que ε: porosidade da manta limpa

f

d : diâmetro médio das fibras [L] So: superfície específica da manta limpa [L

2

L-3]

A permeabilidade é definida como a relação entre a velocidade de escoamento e o gradiente hidráulico correspondente, sendo determinada experimentalmente. O diâmetro médio dos poros pode ser calculado por meio de fórmulas matemáticas que dão resultados aproximados ou determinado experimentalmente.

CONCENTRAÇÃO E TAMANHO DE PARTÍCULAS E TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO DE ÁGUA

Na Figura 1 tem-se a representação de tecnologias de tratamento que empregam coagulação química em função da concentração e do diâmetro médio das partículas presentes na água bruta. Quando a água pode ser tratada tanto por filtração direta quanto por ciclo completo, a primeira tecnologia apresenta como vantagens o menor custo de implantação e de operação, uma vez que não há necessidade de construir unidades de decantação (ou flotação) e em alguns casos até os floculadores podem ser dispensados. Além disso, na filtração direta são utilizadas dosagens menores de produtos químicos destinados à coagulação da água e produz-se menor volume de lodo, o que torna menos oneroso seu tratamento e disposição final. CLEASBY (1990) aponta como desvantagens da filtração direta a impossibilidade de tratar águas com turbidez e/ou cor

elevada, o pequeno tempo de detenção da água na ETA, o que dificulta ao operador tomar medidas corretivas quando é observada alteração brusca na qualidade da água e não possibilita o tempo de contato necessário para o emprego de produtos químicos destinados ao controle do sabor e odor da água. Disso, conclui-se que a filtração direta é uma tecnologia de tratamento particularmente indicada para águas brutas com cor e turbidez relativamente baixa e que não apresentem variações bruscas de qualidade.

Figura 1: Tecnologia de tratamento de menor custo em função do tamanho e concentração das partículas presentes na água bruta (WIESNER et al., 1987).

Diversos autores, tais como WIESNER et al. (1987), AMIRTHARAJAH (1988), MACKIE e BAI (1992) e DHARMAPPA et al. (1994), fazem referência à influência do tamanho das partículas no desempenho das unidades de filtração. Tem sido verificado que existe um tamanho crítico, da ordem de 1 µm, para o qual tem-se as condições mais desfavoráveis para a filtração em meio granular devido a ineficiência dos mecanismos de transporte responsáveis por conduzir as partículas até os grãos coletores do filtro. O tamanho das partículas está relacionado também com a evolução da perda de carga nas unidades de filtração. Em geral, para uma mesma concentração, as partículas menores acarretam perda de carga mais elevada, comparativamente a partículas de maior tamanho. De acordo com simulações feitas por WIESNER et al. (1987), uma água bruta contendo 10 mg/L de partículas com diâmetro médio de 3,82 µm pode ser tratada por filtração direta sem floculação por um custo inferior ao necessário para tratar uma água com metade daquela concentração mas com partículas cujo diâmetro médio é de 0,59 µm. Assim, dependendo das características da água bruta, muitas vezes o projeto de unidades de floculação antecedendo a filtração direta é recomendada, apesar de aumentar os custos de construção das ETAs, pois a floculação pode possibilitar a diminuição dos custos operacionais em decorrência do aumento da duração das carreiras de filtração e facilitar a produção de água com melhor qualidade.

Apesar de haver pesquisas relacionadas à influência do tamanho das partículas no desempenho dos filtros, existem divergências entre diferentes autores. CLEASBY (1990) aponta que a floculação permite melhorar a qualidade da água filtrada antes da ocorrência do transpasse, reduzir o período inicial para melhoria da qualidade da água logo que o filtro é recolocado em operação após a lavagem e diminuir a perda de carga, mas conduz à ocorrência prematura do transpasse, de modo que, apesar da redução da perda de carga, podem resultar carreiras de filtração mais curtas. Por outro lado, DI BERNARDO (1993) apresenta resultados mostrando a ocorrência de transpasse está associada à coagulação da água no mecanismo da varredura, o que é inadequado quando se emprega a filtração direta. Além disso, CLEASBY (1990) menciona que em algumas ETAs são empregados tempos de floculação de até 60 min antecedendo a filtração direta. Tal fato pode conduzir à formação de flocos relativamente grandes, com pequena resistência ao cisalhamento e baixa filtrabilidade, mais apropriados para a decantação do que para a filtração. Segundo aquele pesquisador, quando se emprega a filtração direta precedida da floculação, é recomendado que estas unidades sejam

projetadas com baixo tempo de detenção, cerca de 10 min, e com elevado gradiente de velocidade, de até 100 s-1. Como observa WIESNER et al. (1987), quando a água é desnecessariamente floculada, ou floculada de modo inadequado, torna-se mais difícil a remoção das impurezas nos filtros e aumenta-se o custo do tratamento.

A desestabilização das partículas por meio da coagulação nem sempre é suficiente para viabilizar a filtração direta. Conforme ilustrado na Figura 2, existe um faixa de tamanho crítico de partículas que aumenta significativamente o custo do tratamento por meio da filtração direta em decorrência da ineficiência dos mecanismos de transporte conduzir essas partículas até a superfície dos grãos do meio filtrante. A floculação em ETAs com unidades de decantação tem como finalidade aumentar a velocidade de sedimentação dos flocos, enquanto para ETAs com filtração direta o objetivo é aumentar a filtrabilidade dos flocos.

Caso predomine na água bruta partículas com tamanho médio na faixa de 1 a 3 µm, é conveniente promover a floculação após a coagulação para reduzir os custos operacionais da ETA e possibilitar a produção de água de melhor qualidade. Tem sido observado que partículas com tamanho inferior a 1 µm são eficientemente transportadas por difusão browniana até a superfície dos grãos que constituem o filtro e mantêm-se a ele aderidas desde que estejam desestabilizadas. Contudo, de acordo com autores como HABIBIAN e O’MELIA (1975), EDZWALD et al. (1987), WIESNER et al. (1987) e DHARMAPPA et al. (1994), as partículas menores promovem elevada perda de carga nos filtros, de modo que se elas estiverem presentes em concentração elevada é recomendada a floculação antes de iniciar a filtração da água. Outra alternativa, apontada por HABIBIAN e O”MELIA (1975) é aumentar o tamanho efetivo do meio filtrante. Por outro lado, quando as partículas primárias possuem tamanho adequado para assegurar o desempenho satisfatório dos filtros a floculação deve ser dispensada, pois do contrário os custos de implantação, de operação de manutenção da ETA seriam aumentados desnecessariamente. Em suspensões heterogêneas quanto ao tamanho das partículas, se as condições de floculação não forem estabelecidas corretamente pode-se aumentar a filtrabilidade de determinadas partículas e diminuir a de outras, de modo que o resultado global pode ser contrário ao desejado.

Figura 2 - Custo relativo da filtração direta em função do diâmetro médio volumétrico das partículas presentes na água bruta (WIESNER et al., 1987).

De acordo com simulações matemáticas realizadas por WIESNER et al. (1987), não há alteração na distribuição de tamanhos dos flocos quando o produto resultante da multiplicação do gradiente de velocidade de floculação (Gf) pelo tempo de floculação (Tf) é mantido constante e as partículas primárias possuem de 1 a

100 µm. Segundo os autores, o efeito do tempo de floculação na distribuição de tamanho dos flocos é mais pronunciado quando se tem partículas menores que 1 µm, as quais são afetadas pelo movimento browniano. Contudo, WIESNER et al. (1987) salientam que na prática não é tão simples definir Gf e Tf devido a ruptura de

flocos, não contemplada no modelo por eles considerado. TREWEEK (1979) sugere o valor mínimo do produto Gf

x Tf de 4x104, enquanto EDZWALD et al. (1987) observaram bons resultados na filtração com Gf x Tf de 104 a

2,5x104 numa água com a temperatura de 20 a 24o C. CLEASBY (1990) recomenda a adoção de tempo e gradiente de velocidade médio de floculação da ordem de 10 min e 100 s-1, respectivamente, o que resulta Gf x Tf de 6x104.

Evidentemente as condições ótimas de floculação dependem da qualidade da água bruta, mas é conveniente também a realização de estudos visando investigar como o tipo de coagulante influi nos valores otimizados de Gf e Tf, ou

seja, no tamanho e na concentração dos flocos encaminhados à unidade de filtração.

Independentemente da tecnologia de tratamento, para obter resultados satisfatórios é importante identificar os fatores que interferem nos processo e operações envolvidos e estabelecer corretamente os parâmetros de projeto e operação e a configuração das diversas unidades da ETA. É de extrema relevância a realização de estudos para definir as condições de coagulação (tipo e dosagem dos produtos químicos), mistura rápida (tempo e gradiente de velocidade médio), a existência ou não de unidades de floculação e, caso essas se façam necessárias, estabelecer o tempo e o gradiente de velocidade correspondente. Além disso, a taxa de filtração; o tipo, granulometria e a espessura do meio filtrante; o método de lavagem e de operação dos filtros também influenciam significativamente no desempenho global das ETAs, assim como as condições de sedimentação ou de flotação.

MATERIAIS E MÉTODOS

A água de estudo foi preparada em laboratório pela adição de ácido húmico à água não clorada de um poço artesiano. Os ensaios de coagulação, floculação, decantação e filtração em manta não tecida foram realizados à temperatura de 25±1o

C no equipamento de jarteste mostrado esquematicamente na Figura 1, o qual possuía 6 frascos com 2 litros de volume útil. As soluções de coagulante (concentração de 10g/L) eram preparadas a cada dois dias, dissolvendo-se o sulfato de alumínio PA e o cloreto férrico PA em água destilada. Para ajuste do pH de coagulação, foram utilizados hidróxido de sódio e ácido clorídrico, ambos com 0,1 N. A manta utilizada possuía as seguintes características: diâmetro médio das fibras= 37,8µm, massa específica= 0,108g/cm3, porosidade= 91%, superfície específica= 9500m2/m3, permeabilidade=7,33mm/s, espessura=5 mm e tamanho médio dos poros= 163µm. A composição da manta é mostrada na Tabela 1. Deve-se ressaltar que o tamanho médio dos poros (DP) foi estimado por meio da equação (4), proposta por MLYNAREK

(1985). Trata-se apenas de um valor aproximado, uma vez que a equação não pode ser generalizada para qualquer tipo de manta.

Tabela 1: Composição da manta sintética não-tecida.

26% poliéster 53% poliamida

21% de misturas (poliéster, poliamida e polipropileno)

DP=3,3 df εεεε equação (4)

Após a caracterização da manta, foram realizados ensaios de coagulação, floculação e decantação variando-se as dosagens de sulfato de alumínio (30 a 110 mg/L) e de cloreto férrico (10 a 70 mg/L), bem como o pH de coagulação. Nestes experimentos, foram adotados os seguintes parâmetros: tempo de mistura rápida (Tmr)=5s,

gradiente de velocidade médio de mistura rápida (Gmr)=800s-1, tempo de floculação (Tf)=20min, gradiente de

velocidade médio de floculação (Gf)=25s-1 e velocidade de sedimentação média (Vs)=2 cm/min (para a

coagulação com sulfato de alumínio) e 3,5 cm/min (para a coagulação com cloreto férrico). Por meio destes ensaios foram definidas duas dosagens de produtos químicos para a coagulação, a primeira correspondente à que possibilitava a obtenção de água decantada com cor aparente relativamente baixa e a segunda equivalia aproximadamente à metade da primeira.

Na etapa seguinte, foram realizados ensaios adotando-se essas quatro dosagens (duas para cada tipo de coagulante), mantendo-se as mesmas condições de mistura rápida e Vs citadas anteriormente, mas

alterando-se Tf (5, 10, 15 e 20 min) e Gf (15, 25, 35, 45, 55 e 65 s-1), de modo a definir, para cada tempo de floculação,

o gradiente de velocidade médio que possibilitava a obtenção de água decantada com menor cor aparente. Concluída esta fase, realizaram-se mais 16 ensaios: 2 tipos de coagulante (cloreto férrico e sulfato de alumínio) x 2 dosagens de produtos químicos x 4 tempos de floculação (5, 10, 15 e 20 min). Nestes experimentos, foram coletadas amostras com cinco valores de velocidade de sedimentação média (Vs=10; 5;

3,5; 2 e 1 cm/min), que em seguida foram filtradas na manta não tecida, a fim de se avaliar a retenção de impurezas na manta, e, indiretamente, comparar o tamanho dos flocos em função do tipo de coagulante, do tempo de floculação e da velocidade de sedimentação média.

Figura 1: Esquema dos reatores estáticos (adaptado de MENDES, 1989).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Na Tabela 2 são apresentadas as características da água de estudo utilizada durante a investigação experimental e na Figura 2 tem-se os valores de cor aparente remanescente mínima na água decantada correspondentes às diferentes dosagens de sulfato de alumínio e de cloreto férrico, ressaltando-se que estão reproduzidos na Figura 2 apenas os resultados associados ao pH que possibilitou maior eficiência para cada uma das dosagens consideradas. Observa-se que apesar da maior velocidade média de sedimentação (Vs=3,5

cm/min) das amostras coletadas, o emprego de cloreto férrico possibilitou a obtenção de água decantada de melhor qualidade do que aquela coagulada com sulfato de alumínio para as dosagens de 40, 50 e 60 mg/L. Para as dosagens de 30 e 70 mg/L o emprego deste último coagulante promoveu melhor clarificação da água, mas ressalta-se novamente que as amostras coletadas com sulfato de alumínio apresentavam velocidade de sedimentação média (Vs=2 cm/min) inferior às do outro coagulante. As demais dosagens não podem ser

Tabela 2: Características da água de estudo. .pH = 6,8 ± 0,3 Turbidez = 4,2 ± 1,2 uT Cor aparente = 135 ± 5 uC Cor verdadeira =114 ± 4 uC Alcalinidade = 32 ± 2 mg CaCO3/L Dureza = 14,6 mg CaCO3/L Potencial zeta = -16,7 ± 2,5 mV Condutividade elétrica = 50 ± 3 µS/cm

Figura 2: Cor aparente remanescente mínima em função da dosagem de coagulante. Água tipo I (130 a 140 uC) - G_mr=800s-1_,

T_mr=5 s, G_f=25s-1_{, T} f=20min, Vs=2 cm/min 0 10 20 30 40 50 60 70 80

Dosagem de sulfato de alumínio (mg/L)

C o r a pare n te m íni ma ( u C ) 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Água tipo I (130 a 140uC)-G_mr=800s-1_,

T_mr=5s, G_f=25s-1_{, T} f=20min, Vs=3,5cm/min 0 20 40 60 80 100 120

Dosagem de cloreto férrico (mg/L)

C o r ap ar ent e m íni m a (u C ) 10 20 30 40 50 60 70

Com base nos resultados reproduzidos na Figura 2, foram estabelecidas as condições de coagulação mostradas na Tabela 3, na qual se pode observar os valores de gradientes de velocidade médio, em função do tempo de floculação, que possibilitaram a obtenção de água decantada com menor cor aparente.

Tabela 3: Dosagem de produtos químicos, Gf e Tf. Dosagem de produtos químicos Tf (min) Gf (s-1)

5 15 70 mg/L de sulfato de alumínio 10 15 e 6,25 mL/L de NaOH 0,1N 15 15 20 15 5 55 40 mg/L de sulfato de alumínio 10 15 e 1,5 mL/L de NaOH 0,1N 15 15 20 15 5 35 40 mg/L de cloreto férrico 10 15 e 1,0 mL/L de NaOH 0,1N 15 15 20 15 5 45 20 mg/L de cloreto férrico 10 25 e 1,5 mL/L de HCl 0,1N 15 15 20 15

Na Tabela 4 são apresentados os resultados de cor aparente remanescente nos ensaios realizados com sulfato de alumínio e com cloreto férrico para a mesma dosagem de coagulante (40 mg/L), tendo sido empregado, para ajuste do pH de coagulação, 1,5 mL/L de NaOH 0,1 N no ensaio com sulfato de alumínio e 1 mL/L deste hidróxido no ensaio com cloreto férrico. Observa-se que em geral foi obtida água decantada de melhor qualidade quando utilizado o segundo coagulante.

Tabela 4: Qualidade da água decantada nos ensaios com cloreto férrico e com sulfato de alumínio em que foram utilizadas dosagens de coagulante de 40 mg/L.

Cor aparente remanescente (uC) Ensaio com cloreto férrico

Cor aparente remanescente (uC) Ensaio com sulfato de alumínio

Tf Vs (cm/min) Vs (cm/min) (min) 10 5,0 3,5 2,0 1,0 10 5,0 3,5 2,0 1,0 5 214 125 107 80 64 143 140 149 122 98 10 187 79 60 55 52 138 127 112 59 50 15 92 48 36 36 35 140 118 78 40 31 20 91 35 32 30 35 119 116 71 30 24

Nas Figuras 3 a 6 são apresentados graficamente os resultados da relação entre a cor aparente da água decantada sem passar pela manta (CD) e do efluente da manta (CM), considerando-se amostras coletadas com

a mesma velocidade de sedimentação média. As relações CD/CM menores que 1 devem ser atribuídas a

problemas de coleta de amostra, pois não havia possibilidade da manta aumentar a cor aparente da água por ela filtrada.

Nos ensaios com manta, em 6 das 78 amostras, a relação entre a cor aparente da água decantada e do efluente da manta esteve compreendida entre 0,8 e 1,0, o que deve ser atribuído a erros experimentais, pois não há possibilidade da manta aumentar a cor aparente da água (relação menor que 1,0).

Quando foi utilizado cloreto férrico nos ensaios com as mantas não tecidas, de 32 amostras com Vs de 1 a 5

cm/min, em apenas 4 delas a manta possibilitou reduzir a cor aparente da água decantada em até 1,5 vezes. Por outro lado, para a maior velocidade de sedimentação (Vs=10 cm/min), em todas as 8 amostras coletadas

nos ensaios com cloreto férrico a redução da cor aparente devida ao emprego de manta foi maior ou igual a 1,5 vezes. A influência da velocidade de sedimentação pode ser compreendida quando se considera que há, proporcionalmente, mais partículas de maior tamanho nas amostras coletadas com Vs mais elevada, e elas

são mais facilmente retidas nos poros da manta, os quais possuíam tamanho médio de 163µm. Contudo, com sulfato de alumínio, mesmo para Vs=10 cm/min, em apenas uma das seis amostras o emprego de manta

possibilitou reduzir a cor aparente remanescente por um fator maior ou igual a 1,5, o que é indicativo de que, para as condições de ensaio, os flocos formados na coagulação com sulfato de alumínio eram menores que aqueles obtidos na coagulação com cloreto férrico.

Embora os experimentos realizados não permitam conclusões definitivas relacionadas às propriedades de aderência entre as partículas presentes na água e as fibras da manta, parece pouco provável que o melhor desempenho observado com o uso de cloreto férrico esteja relacionado à natureza química dos flocos, pois, se este fenômeno fosse dominante, a retenção de impurezas nas mantas seria menos dependente da velocidade de sedimentação, o que não foi observado durante a investigação experimental.

Figura 3: Relação entre a cor aparente da água decantada e do efluente da manta após coagulação da água de estudo com 70 mg/L de sulfato de alumínio.

Coagulação com 70 mg/L de sulfato de alumínio

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0

10 cm/min 5 cm/min 3,5 cm/min 2 cm/min 1 cm/min Velocidade de sedimentação

CD

/C

M

Figura 4: Relação entre a cor aparente da água decantada e do efluente da manta após coagulação da água de estudo com 40 mg/L de sulfato de alumínio.

Coagulação com 40 mg/L de sulfato de alumínio

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8

10 cm/min 5 cm/min 3,5 cm/min 2 cm/min 1 cm/min Velocidade de sedimentação

CD

/C

M

Tf=5min Tf=10min Tf=15min Tf=20min

Figura 5: Relação entre a cor aparente da água decantada e do efluente da manta após coagulação da água de estudo com 40 mg/L de cloreto férrico.

Coagulação com 40 mg/L de cloreto férrico

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

10 cm/min 5 cm/min 3,5 cm/min 2 cm/min 1 cm/min

Velocidade de sedimentação

CD

/C

M

Tf=5min Tf=10min Tf=15min Tf=20min

Figura 6: Relação entre a cor aparente da água decantada e do efluente da manta após coagulação da água de estudo com 20 mg/L de cloreto férrico.

Coagulação com 20 mg/L de cloreto férrico

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

10 cm/min 5 cm/min 3,5 cm/min 2 cm/min 1 cm/min Velocidade de sedimentação

CD

/C

M

CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

Os resultados obtidos foram indicativos de que os flocos formados na coagulação com cloreto férrico apresentavam maior tamanho que aqueles resultantes do uso de sulfato de alumínio. Estudos dessa natureza podem ser importantes para ETAs com filtração direta, uma vez que diversos autores têm mencionado que para uma mesma concentração de partículas tem-se menor perda de carga quando predominam partículas maiores.

Nos estudos realizados observou-se que para velocidades de sedimentação médias iguais e dosagens de coagulante equivalente, em geral foi obtida água decantada de melhor qualidade quando a coagulação foi realizada com cloreto férrico.

Para utilizar a técnica descrita no presente trabalho é necessário tomar cuidado especial para evitar que ocorra ruptura excessiva de flocos durante a coleta e filtragem das amostras. Pode ser utilizado qualquer tipo de filtro, não necessariamente manta sintética não-tecida. Contudo, o filtro deve possuir pequena espessura a fim de que o principal mecanismo de retenção de partículas seja a interceptação. Seria bastante apropriado o uso de filtros de papel com tamanhos médios de poros conhecidos. Para trabalhos futuros, recomenda-se a filtração de amostras coletadas com a mesma velocidade de sedimentação média numa série de filtros dispostos em ordem decrescente de tamanho médio de poros, de tal modo que a retenção de partículas entre dois filtros consecutivos seja um parâmetro auxiliar para estimar a distribuição de tamanho de partículas. Para validação da técnica que está sendo proposta, é necessário que seus resultados sejam comparados com os de outras técnicas utilizadas com a mesma finalidade.

AGRADECIMENTOS

O presente artigo traz resultados parciais de uma pesquisa financiada pela FAPESP (Proc. 95/4822-5) destinada ao estudo da viabilidade do emprego de mantas sintéticas não-tecidas na filtração de suspensões floculentas visando o tratamento de água para abastecimento público. Manifestamos também nossos agradecimentos à FAPESP pela concessão da bolsa de doutorado ao primeiro autor (Proc. 95/4426-2).

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