Imobilização de moringa oleifera em alginato de sódio para o tratamento de água

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

FACULDADE DE ENGENHARIA AGRÍCOLA

TAIZE CASTANHO BROTA

IMOBILIZAÇÃO DE Moringa oleifera EM ALGINATO DE

SÓDIO PARA O TRATAMENTO DE ÁGUA

CAMPINAS Março de 2017

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TAIZE CASTANHO BROTA

IMOBILIZAÇÃO DE Moringa oleifera EM ALGINATO DE

SÓDIO PARA O TRATAMENTO DE ÁGUA

Dissertação apresentada à Faculdade de Engenharia Agrícola da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Mestra em Engenharia Agrícola, na área de concentração Água e Solo

ORIENTADOR: PROF. DR. JOSE EUCLIDES STIPP PATERNIANI

ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELA ALUNA TAIZE CASTANHO BROTA, E ORIENTADA PELO PROF. DR. JOSE EUCLIDES STIPP PATERNIANI.

CAMPINAS Março de 2017

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Resumo

A Moringa oleifera é uma planta utilizada em pesquisas científicas, suas sementes em tratamentos de água tem demonstrado eficiência, atuando como coagulante natural, embora apresente algumas desvantagens devido à possibilidade de liberação de material orgânico. Existe grande preocupação, uma vez que para se realizar a desinfecção da água emprega-se comumente a etapa da cloração, sendo possível a formação de trihalometanos, tornando assim a utilização da Moringa oleifera restrita. Recentes pesquisas propuseram a utilização saches contendo o pó da semente de Moringa oleifera, com a finalidade de reter a liberação de material orgânico residual durante o processo de tratamento. Porém, mesmo diminuindo a liberação da carga orgânica, é possível notar a presença significativa de residual orgânico. Deste modo, o presente trabalho teve como objetivo imobilizar o pó da semente de Moringa oleifera em solução de Alginato de Sódio com NaCl (solução salina a 1M), através da formação de esferas geleificantes, a fim de evitar a liberação do material orgânico durante o processo de tratamento de água. Foram testadas as esferas soltas e em saches de tecido de Voil e Microtule, observando a dispersão apenas da massa ativa responsável para o tratamento de água e evitando a liberação excessiva de material orgânico. Os ensaios foram realizados com água sinteticamente preparada pela adição de bentonita. A pesquisa foi conduzida em três etapas: a primeira consistiu na avaliação das condições combinadas do Alginato de Sódio e Moringa oleifera para que ocorresse o tratamento de água, a segunda consistiu na aplicação de saches de tecido para conter as esferas no tratamento de água sintética, e a terceira etapa consistiu em empregar a filtração lenta como tratamento sequencial. Os resultados mostraram que foi possível obter diversas combinações entre a Moringa oleifera e o Alginato de Sódio, na formação de esferas para o tratamento de água, desde que se tenha o preparo com solução salina. Na segunda etapa observou-se que tanto para os saches de Voil como para os saches de Microtule foi possível obter redução da turbidez com eficiência média de 98% no tratamento de água. Na etapa final de filtração lenta foi possível observar que embora ambos os saches tenham atingido elevada remoção de turbidez (eficiência média de 99,5%) e, redução do teor de Carbono Orgânico Total (COT), nas amostras de água tratada, os filtros de nãotecidos sintéticos não conseguiram reduzir por completo o teor de COT.

Palavras Chave: carbono orgânico total, cloreto de cálcio, coagulante natural, tratamento de água.

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Abstract

The Moringa oleifera is a plant used in scientific research, the use of its seeds in water treatments has shown efficiency, acting as a natural coagulant, although it presents some disadvantages due to the possibility of release of organic matter. There is great concern, since in order to carry out the disinfection of the water the chlorination step is commonly used, being possible the formation of trihalomethanes, thus making the use of Moringa oleifera restricted. Recent research has proposed the use of sachets containing the Moringa oleifera seed powder, to retain the release of residual organic material during the treatment process. However, even decreasing the release of the organic load, it is possible to note the significant presence of organic residual. That way, this study has as objective immobilize the Moringa oleifera seed powder in Sodium Alginate solution with NaCl (1M saline solution), by means of the formation of gelling spheres, to avoid the release of the organic material during the Process of water treatment. The were tested loose balls and in fabric sacs of Voil and Microtule, observing the dispersion only of the active mass responsible for the treatment of water and avoiding the excessive release of organic material. The tests were performed with water synthetically prepared by the addition of bentonite. The research was conducted in three stages: the first consisted in the evaluation of the combined conditions of Sodium Alginate and Moringa oleifera for water treatment, the second consisted of the application of tissue sachets to contain the beads in the treatment of synthetic water, And the third step consisted in employing slow filtration as sequential treatment. The results showed that it was possible to obtain various combinations between Moringa oleifera and Sodium Alginate in the formation of spheres for the treatment of water, provided that it is prepared with saline solution. In the second stage, it was observed that for both Voil sachets and Microtule sachets it was possible to obtain turbidity reduction with an average efficiency of 98% in water treatment. In the final stage of slow filtration, it was possible to observe that although for both sachets they reached high turbidity removal (mean efficiency of 99.5%) and reduction of Total Organic Carbon content (COT) in treated water samples, the synthetic nonwoven were not sufficient to completely reduce the COT content.

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AGRADECIMENTOS

Agradeço a Deus por toda a força, perseverança nessa pesquisa.

Ao meu Orientador, Professor Dr. José Euclides Stipp Paterniani, pela orientação, pela segurança transmitida, pela responsabilidade compartilhada e pela confiança depositada em mim;

À Doutora Adriana Ribeiro Francisco, que dividiu comigo a realização de sua pesquisa e por estar presente em toda a pesquisa. Muito obrigada pelas sugestões, ensinamentos, colaboração e pelos diversos momentos divididos!

À Faculdade de Engenharia Agrícola – UNICAMP, pela oportunidade oferecida; Aos queridos amigos da pós-graduação;

A Comissão de Pós-Graduação da Faculdade de Engenharia Agrícola, pela acolhida, profissionalismo e apoio.

À Fundação CAPES pelas bolsas concedidas para o desenvolvimento deste projeto de pesquisa.

Aos técnicos e amigos Giovani A. Brota e Túlio Ribeiro pela ajuda em várias etapas deste trabalho.

À toda a minha família, que tanto amo, pela paciência e incentivo dados a mim. Em especial ao meu esposo Giovani, pelo amor, pelo companheirismo, pelos ensinamentos e pela força em não me deixar desistir. Nesta etapa nós vencemos e superamos juntos!

À todas as pessoas que mencionei e àquelas que não tenha mencionado, mas que cruzaram o meu caminho durante essa trajetória, o meu MUITO OBRIGADA! Certamente um pouquinho da história de vocês e daquilo de melhor que vocês carregam se misturaram à minha vida e agora faz parte da minha história!

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Imagem da vagem contendo a semente, casca e a semente descascada 26 Figura 2: Fluxograma das etapas de desenvolvimento da pesquisa 33 Figura 3: a) Sementes tiradas da vagem; e b) sementes descascadas 34 Figura 4: Moedor manual utilizado para moer as sementes de Moringa oleifera 34 Figura 5: a) Moagem da semente de Moringa em moedor manual, b) Peneiramento do

material moído, c) Pó de Moringa peneirado, d) Medição da massa do pó de

Moringa 35

Figura 6: Agitação magnética da mistura de água destilada com bentonita. 36 Figura 7: Extrato líquido do coagulante de semente de Moringa oleifera 38 Figura 8: A) Pesagem do Alginato de Sódio necessário. B) Adição de 25 mL da solução

coagulante no Alginato de Sódio. C) Agitação da mistura de aproximadamente

20 horas 38

Figura 9: A) Inserção do pó da semente de Moringa oleifera. B) Formação das esferas

geleificantes com a Pipeta Pasteur. 39

Figura 10: Esferas geleificantes formadas a partir da combinação de Alginato de Sódio e

Cloreto de Cálcio 40

Figura 11: Esferas lavadas prontas para serem utilizadas no tratamento da água 40 Figura 12: Fluxograma resumido das variáveis utilizadas na formação das esferas 40 Figura 13: Sache de microtule contendo esferas preparas para o tratamento de água 44 Figura 14: Tecido - Voil recortado para ser utilizado como sache para as esferas 46 Figura 15: Tecido de Microtule recortado para ser utilizado como sache das esferas 48 Figura 16: Válvulas utilizadas para saída de água, para cada 3 jarros em um filtro 50

Figura 17: Filtro lento de não tecido montado 51

Figura 18: Foto nãotecido sintético 52

Figura 19: Sistema completo de tratamento de água 54

Figura 20: Filtro Lento operando com transferência da água, controle de vazão na saída,

e coleta de amostra 55

Figura 21: Jar test em funcionamento com esferas soltas 59

Figura 22: Formação de flocos no processo de coagulação/floculação 60 Figura 23: Turbidez aumentada em ensaios que não ocorreram a formação de flocos 60

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Figura 24: Esfera destruída dispersa em água tratada 61 Figura 25: Influência das massas de Moringa oleifera e variáveis de estudo, no

tratamento de água 63

Figura 26: Influência do Cloreto de cálcio e lavagem das esferas, para redução da

turbidez 64

Figura 27: Influência do Cloreto de cálcio e lavagem das esferas, para redução

da cor 64

Figura 28: Influência das massas de Alginato de Sódio na redução da turbidez 66 Figura 29: Influência das massas de Alginato de Sódio com Solução Salina e

alteração do Cloreto de Cálcio, na redução da turbidez 67 Figura 30: Influência da massa do pó de Moringa oleifera na Solução salina e na

adição final, para a redução da turbidez 68

Figura 31: Influência da Moringa oleifera na Solução salina com o Cloreto de

Cálcio, em diferentes massas de Alginato de sódio, na redução da turbidez 69 Figura 321: Influência da Moringa oleifera na Solução salina com o Cloreto de

Cálcio, em diferentes massas de Alginato de sódio, na redução da cor 70 Figura 33: Influência da Moringa oleifera com o Alginato de Sódio e mistura

rápida, na redução da turbidez 71

Figura 34: Influência da Moringa oleifera na Solução salina com o Cloreto de

Cálcio e mistura rápida, na redução da cor 72

Figura 35: Comparação das concentrações de Alginato de sódio e Moringa oleifera, no uso do sache de Voil, para a redução de turbidez 76 Figura 36: Comparação dos resultados de Turbidez e Carbono Orgânico Total,

das concentrações de Alginato de sódio e Moringa oleifera, no uso do

sache de Voil 77

Figura 37: Comparação das concentrações de Alginato de sódio e Moringa oleifera, no uso do sache de Voil, para a redução de cor 78 Figura 38: Comparação das concentrações de massas de Moringa oleifera, % na

solução coagulante e gramas na mistura final, no uso do sache de Voil

para a redução de turbidez 79

Figura 39: Comparação dos resultados de Turbidez e Carbono Orgânico Total,

referente as concentrações de massas de Moringa oleifera, em % e em g, aos 120 minutos de ensaio, no uso do sache de Voil 79

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Figura 40: Comparação das concentrações de massas de Moringa oleifera, % na solução coagulante e gramas na mistura final, no uso do sache de Voil, para

a redução de cor 80

Figura 41: Comparação da redução de Turbidez nos ensaios com sache de Voil,

Microtule e sem sache (3°fase da 1°Etapa) 85

Figura 42: Comparação dos resultados de COT para ensaios com sache de Voil e de

Microtule. 86

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Parâmetros físico-químicos da água de tratamento 36

Tabela 2: Principais variáveis e valores utilizados no preparo das esferas 43 Tabela 3: Principais variáveis e valores utilizados no preparo das esferas em Voil 46

Tabela 4: Ensaios realizados na etapa 2 com sache de Voil 47

Tabela 5: Ensaios realizados com Microtule a partir da combinação de valores obtidos

a partir do Voil 49

Tabela 6: Especificações do não tecido sintético utilizado na pesquisa 51 Tabela 7: Eficiência dos ensaios da 3° fase da primeira etapa 73 Tabela 8: Resultados de Condutividade elétrica, da 1° fase da 1° etapa - Variação

da massa de Moringa oleifera e de Cloreto de cálcio 74 Tabela 9: Resultados de Condutividade elétrica, da 2° fase da 1° etapa – Comparação

da variação da Solução Salina de 2% e 4% de pó de Moringa oleifera,

com Alginato de Sódio e Cloreto de Cálcio 75

Tabela 10: Resultados de Condutividade elétrica, da 3° fase da 1° etapa –

Comparação da variação da massa de Moringa oleifera, Alginato de Sódio

e mistura rápida 75

Tabela 11: Repetições dos ensaios com sache de Voil para tratamento da água e redução da turbidez concentrações de massas de Moringa oleifera: 0% na solução coagulante e 2,0 g na mistura final, e 0,250g de Alginato de sódio 81 Tabela 12: Repetições dos ensaios com sache de Voil para tratamento da água e

redução da cor, com concentrações de massas de Moringa oleifera: 0% na solução coagulante e 2,0 g na mistura final, e 0,250g de Alginato de sódio 82 Tabela 13: Repetições dos ensaios com sache de Microtule para tratamento da água

e redução da turbidez concentrações de massas de Moringa oleifera: 0% na solução coagulante e 2,0 g na mistura final, e 0,250g de Alginato de sódio 83 Tabela 14: Repetições dos ensaios com sache de Microtule para tratamento da água

e redução da cor, com concentrações de massas de Moringa oleifera: 0% na solução coagulante e 2,0 g na mistura final, e 0,250g de Alginato de sódio 84 Tabela 15: Valores médios dos resultados de turbidez aos 120 minutos de ensaio 86 Tabela 16: Resultados de turbidez ao longo do tempo de ensaio (sache de Voil) 87

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Tabela 17: Resultados de cor ao longo do tempo de ensaio (sache de Voil) 88 Tabela 18: Resultados de turbidez, eficiência do tratamento e COT, aos 140 minutos de

ensaio (sache de Voil) 89

Tabela 19: Resultados de turbidez ao longo do tempo de ensaio (sache de Microtule) 90 Tabela 20: Resultados de cor ao longo do tempo de ensaio (sache de Microtule) 91 Tabela 21: Resultados de COT aos 140 minutos de ensaio, e eficiência do tratamento

(sache de Microtule) 91

Tabela 22: Teste de Kolmogorov-Smirnov Z comparando saches 92

Tabela 23: Valores de COT na entrada e saída dos filtros, aos 140 minutos.

(Saches de Voil) 94

Tabela 24: Valores de COT na entrada e saída dos filtros, aos 140 minutos.

(Saches de Microtule) 94

Tabela 25: Valores do teste de Wilcoxon antes e pós filtração lenta com Voil e

Microtule 94

Tabela 26: Influência das massas de Moringa oleifera e variáveis de estudo, no

tratamento de água. (Figura 25) 102

Tabela 27: Influência da Solução de cloreto de cálcio e lavagem das esferas, no

tratamento da água. (Figura 26) 102

Tabela 28: Influência da Solução de cloreto de cálcio e lavagem das esferas,

no tratamento da água. (Figura 27) 102

Tabela 29: Influência das massas de Alginato de Sódio na redução da turbidez.

(Figura 28) 103

Tabela 30: Influência das massas de Alginato de Sódio com Solução Salina e

alteração do Cloreto de Cálcio, na redução da turbidez. (Figura 29) 103 Tabela 31: Influência da Solução salina e da massa do pó de Moringa oleifera,

na redução de turbidez. (Figura 30) 103

Tabela 32: Influência da Moringa oleifera na Solução salina com o Cloreto de Cálcio, em diferentes massas de Alginato de sódio, na redução da turbidez.

(Figura 31) 104

Tabela 33: Influência da Moringa oleifera na Solução salina com o Cloreto de Cálcio, em diferentes massas de Alginato de sódio, na redução da cor. (Figura 32) 104

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Tabela 34: Influência da Moringa oleifera na Solução salina com o Cloreto de Cálcio e mistura rápida, na redução da turbidez. (Figura 33) 104 Tabela 35: Influência da Moringa oleifera na Solução salina com o Cloreto de Cálcio

e mistura rápida, na redução da turbidez. (Figura 34) 105 Tabela 36: Resultados dos ensaios de cor referente aos mesmos ensaios da Tabela 1

(Figura 25) 105

Tabela 37: Resultados dos ensaios de cor referente aos mesmos ensaios da Tabela 3

(Figura 28) 105

(Figura 29) 106

(Figura 30) 106

Tabela 40: Comparação das concentrações de Alginato de sódio e Moringa oleifera, no uso do sache de Voil, para a redução de turbidez. (Figura 35) 107 Tabela 41: Comparação das concentrações de Alginato de sódio e Moringa oleifera,

no uso do sache de Voil, para a redução de Cor. (Figura 37) 107 Tabela 42: Comparação das concentrações de massas de Moringa oleifera, % na

solução coagulante e gramas na mistura final, no uso do sache de Voil,

para a redução de turbidez. (Figura 38) 108

Tabela 43: Comparação das concentrações de massas de Moringa oleifera, % na solução coagulante e gramas na mistura final, no uso do sache de Voil,

para a redução de COR. (Figura 40) 108

Tabela 44: Repetição dos ensaios contendo 0,250 g de Alginato de sódio, 4% de Moringa

oleifera na solução coagulante e 1,5g na mistura final, com sache de Voil, na

redução da turbidez 108

Tabela 45: Repetição dos ensaios contendo 0,275 g de Alginato de sódio, 4% de Moringa

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO 17 2 OBJETIVOS 20 2.1 Objetivo geral 20 2.2 Objetivos específicos 20 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 21

3.1 Qualidade da água para consumo 21

3.2 Etapas de Tratamento de Água 22

3.2.1.Coagulação e Floculação 22

3.1.2 Sedimentação/Decantação 23

3.1.3 Filtração lenta 23

3.3 Uso de não tecidos em filtração lenta 24

3.4 Uso de coagulantes naturais 24

3.5 Moringa oleifera 27

3.6 Alginato de Sódio 28

3.7 Formação de Trihalometano 29

4 MATERIAL E MÉTODOS 32

4.1 Localização da Instalação do Projeto de Pesquisa 32

4.2 Etapas da Pesquisa 32

4.2.1 Preparo do pó de sementes de Moringa oleifera 33

4.2.2 Preparo da água sintética 35

4.3 Etapa 1: Testes combinando concentrações de Alginato de sódio e Moringa

oleifera para formar esferas e realizar o tratamento de água 37

4.3.1 Procedimentos para o preparo das esferas 37

4.3.2 Ensaios com o equipamento Jar Test 41

4.3.3 Fases da Etapa 1 – Seleção das concentrações das variáveis de estudo 42

4.4 Etapa 2: Ensaios com uso de saches de tecido 44

4.4.1 Procedimento de ensaio com Voil 45

4.4.2 Procedimento de ensaio com Microtule 48

4.5 Etapa 3: Ensaios com o sistema de filtração lenta 49 4.5.1 Dimensionamento e adaptações do sistema de filtração lenta 49

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4.5.2 Operação do Sistema de Filtração Lenta 54

4.6 Parâmetros Analíticos e Coleta de Amostras 56

4.6.1 Parâmetros Analíticos 56

4.6.2 Coleta das Amostras 57

4.6.3 Análises dos Dados 58

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO 59

5.1 Resultados da 1ª Etapa 59

5.1.1 Avaliação da redução de Turbidez e Cor 62

5.1.1.1 Primeira fase da triagem das variáveis de estudo 62

5.1.1.2 Segunda Fase da triagem das variáveis 65

5.1.1.3 Terceira Fase da triagem das variáveis 71

5.1.3 Condutividade elétrica 74

5.2 Resultados da 2ª etapa 76

5.2.1 Desempenho das esferas em saches de Voil 76

5.2.2 Desempenho das esferas em saches de Microtule 82 5.2.3 Comparação dos ensaios com saches de Voil, Microtule e sem saches 84

5.3 Resultados da 3ª Etapa: Filtração Lenta 87

5.3.1 Análise da redução da Turbidez e da Cor 87

5.3.1.1 Ensaios com Saches de Voil seguida de filtração lenta 87 5.3.1.2 Ensaios com Saches de Microtule seguida de filtração lenta 89 5.3.2 Análise Estatística da Turbidez e do Teor de Carbono Orgânico 92

6 CONCLUSÕES 96

7 RECOMENDAÇÕES 97

8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 98

APÊNDICE 1 - Tabelas de Resultados da Etapa 1 102

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1 INTRODUÇÃO

Algumas regiões como pequenas comunidades ou propriedades rurais, geralmente não são atendidas por sistemas de tratamento de água e esgoto, operados por empresas de saneamento, e por essa razão, a água com qualidade para consumo humano passa a ser algo limitado. No mercado existem inúmeras técnicas de tratamento de água e de dejetos que podem ser empregadas com sucesso. Contudo, o custo para aquisição de equipamentos, insumos utilizados, e a elevada manutenção dos sistemas inviabilizam sua implantação no meio rural. Por isso, técnicas de tratamento de baixo custo são empregadas para fornecer água com qualidade às populações dessas regiões (BERTONCINE, 2008).

Dentre os tratamentos de baixo custo podemos citar estudos que utilizam a Moringa oleifera no tratamento de água, o qual têm como objetivo trazer soluções tecnológicas alternativas, favorecendo não só as comunidades isoladas, mas também despertar o interesse para que entidades privadas ou públicas, possam lançar produtos à base de Moringa oleifera no mercado, a fim de atender as necessidades de pessoas que moram ou que se deslocam para regiões onde não existe o fornecimento de água potável.

As sementes de Moringa oleifera são utilizadas no tratamento de água atuando como coagulante natural, utilizadas principalmente em regiões onde não há acesso aos tratamentos de água convencionais. O uso das sementes de Moringa oleifera, podem favorecer países em desenvolvimento, onde os tratamentos de água ainda possuem custos onerosos ou não atendem a população em geral, sendo uma alternativa viável do ponto de vista econômico (FRANCISCO, 2012). Nas zonas rurais do nordeste brasileiro a utilização de Moringa oleifera no tratamento de água para o consumo humano tem sido prática frequente, dada à escassez de água potável de populações rurais dessa região (BEZERRA et al., 2004).

Segundo Arantes (2014), tecnologias de tratamento de água para comunidades rurais devem apresentar determinadas características como simplicidade operacional e baixo custo, uma vez que, normalmente é o próprio usuário o responsável pela instalação e monitoramento do sistema. O emprego de sistemas com a filtração em múltiplas etapas, filtração lenta e uso de coagulantes naturais são alguns dos tipos de tecnologias indicadas para essas populações.

Para o uso de Moringa oleifera em tratamento de água é necessário obter o extrato coagulante das sementes, o qual pode ser encontrado em diversas metodologias, incluindo desde métodos manuais até a utilização de liquidificadores de uso domésticos (OKUDA, 1999;

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PATERNIANI et al. 2010; NDABIGENGESERE et al., 1995). O uso do equipamento mais adequado para a obtenção desse extrato dependerá de cada região e de fatores socioeconômicos e culturais locais.

No uso do extrato de solução contendo o pó das sementes de Moringa oleifera, a maior desvantagem citada pelas pesquisas realizadas até o momento, são os resíduos da semente dispersos na água tratada que não influenciam no tratamento, porém acarretam o aumento do teor de material orgânico.

Ao avaliar a presença de matéria orgânica na água tratada com Moringa oleifera Ndabigengesere e Narasiah (1998) verificaram que quando se utiliza este coagulante a presença de matéria orgânica é proporcional à dosagem do coagulante. Ghebermichael et al. (2005), reforçam a preocupação com relação ao elevado teor de matéria orgânica decorrente dos resíduos da solução do extrato da semente, principalmente quando há necessidade de cloração. A reação do material orgânico combinado com o cloro na água possibilita a formação de trihalometanos, substância considerada nociva à saúde humana.

Recentes estudos de Arantes (2014) propuseram uma nova metodologia de tratamento de água utilizando sementes de Moringa oleifera, a partir da utilização de saches que concentram o pó da semente, evitando dessa forma a liberação de resíduos que não atuam no tratamento de água. A utilização dos saches proporcionam apenas a dispersão da proteína catiônica responsável pelo processo de coagulação/floculação em água. Entre as desvantagens desse método foi observado que a dispersão da proteína ainda acarreta em um residual de material orgânico na água tratada.

O Alginato de Sódio pode ser uma substância adequada no tratamento de água com Moringa oleifera. Trata-se de um polímero com estrutura química de cadeia linear composto por resíduos presentes em proporções e sequências variáveis na parede celular e espaço intracelular de algas marrons. Esse composto é capaz de formar um gel, quando adicionado água na presença de cátions polivalentes como íons de cálcio, promovendo a formação de esferas geleificantes mais efetivas. Na reação de geleificação o sódio é trocado pelo cálcio presente no meio, fazendo com que proporcione condições para imobilizar diversas substâncias, promovendo o tratamento de diferentes tipos de efluentes pelo processo de sorção (MIGUEL et al., 2009).

Para evitar a dispersão de matéria orgânica no tratamento de água, este trabalho propõe utilizar Alginato de Sódio com Cloreto de Sódio e Cloreto de Cálcio, para formar

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esferas, a fim de imobilizar o coagulante presente na Moringa oleira, e assim evitar a dispersão do excesso da massa da semente, e consequentemente de matéria orgânica em água tratada.

Neste estudo foram testadas diversas condições de tratamento que possibilitem uma quantidade mínima de Moringa oleifera suficiente para o tratamento de água.

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2 OBJETIVOS

2.1 Objetivo geral

Este projeto de pesquisa visa obter um novo método de aplicação da semente Moringa oleifera, a partir da imobilização do pó da semente em Alginato de Sódio, a fim de liberar quantidades mínimas necessárias do coagulante para tratamento de água e evitar o excesso de material orgânico proveniente da semente.

2.2 Objetivos específicos

O desenvolvimento desta pesquisa apresenta os seguintes objetivos específicos:

✓ Verificar diferentes combinações das dosagens entre Moringa oleifera e Alginato de Sódio no tratamento de água em reatores estático (Jar Test), em função da redução de cor e turbidez em água preparada sinteticamente pela adição de bentonita;

✓ Selecionar a melhor dosagem combinada entre o Alginato de Sódio e Moringa oleifera na formação de esferas para o tratamento de água e retê-las fisicamente em saches de Microtule e Voil;

✓ Comparar o uso de saches de Microtule e de Voil no tratamento de água em Jar Test, observando a eficiência e redução do teor de Carbono Orgânico Total nesses sistemas;

✓ Analisar a capacidade de redução de matéria orgânica obtida a partir da coagulação e floculação utilizando esferas em saches de Microtule e Voil seguida da filtração lenta, observando a redução do teor de Carbono Orgânico Total no decorrer das etapas de filtração lenta, antes e após o processo de filtração.

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3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1 Qualidade da água para consumo

O Brasil é um dos países mais ricos em recursos hídricos superficiais do planeta. Contudo a grande variabilidade climática que caracteriza o país se reflete em uma distribuição desigual dos recursos hídricos disponíveis, enquanto a Região Hidrográfica Atlântico Nordeste Oriental apresenta disponibilidade hídrica inferior a 100 m3.s-1, a Região Hidrográfica da Amazônia, a disponibilidade hídrica é extremamente elevada, alcançando vazões da ordem de 74 mil m3.s-1 (ANA, 2010). Porém, muitas das regiões que possuem acesso a recursos hídricos são deficientes em tratamento da água para consumo.

A água disponível para consumo deve obedecer a critérios de qualidade definidos por normas nacionais ou internacionais, determinando critérios para a seleção da tecnologia de tratamento, considerando além da qualidade da água a ser tratada, a própria característica da comunidade a ser beneficiada. Em muitos países, não há disponibilidade de recursos financeiros para construir estações de tratamento sofisticadas, exigindo que os pesquisadores desenvolvam tecnologias apropriadas, visando convertê-las em projetos realistas, econômicos e confiáveis (DI BERNARDO et al., 1999).

Segundo a Organização das Nações Unidas – ONU cerca de 783 milhões de pessoas no mundo não têm acesso a água potável, e 2,5 milhões não tem saneamento adequado. As causas de abastecimento inadequado de água incluem o uso ineficiente, a degradação da água pela poluição e a exploração elevada das reservas de águas superficiais e subterrâneas (ONU, 2014). As crises de água, saneamento e de energia são os principais desafios globais de desenvolvimento.

No Brasil, o Ministério da Saúde instituiu a Portaria No_{. 2914 de 2011 que dispõe}

sobre procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade. Esta legislação designa Valores Máximos Permitidos (VMP) de diversos parâmetros de qualidade de água, para garantir sua potabilidade.

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3.2 Etapas de Tratamento de Água

3.2.1 Coagulação e Floculação

A coagulação e a floculação são algumas das etapas do processo de tratamento de água utilizado nas Estações de Tratamento de Água (ETA), onde são tratadas as águas provenientes de rios, lagos, represas e lençóis freáticos. Essas fontes de água doce que abastecem as estações de tratamento estão propensas à poluição, podendo apresentar impurezas como resíduos orgânicos, sais dissolvidos, metais pesados, partículas em suspensão, micro-organismos e outros.

Segundo Azevedo Netto et al. (1976), a etapa de coagulação/floculação, tem como objetivo transformar impurezas que se encontram em suspensões finas, no estado coloidal e em solução, em partículas maiores e mais pesadas que sejam removidas posteriormente por sedimentação ou filtração.

A coagulação, em tratamentos convencionais, resulta em dois fenômenos: o primeiro, essencialmente químico, o qual consiste nas reações do coagulante com a água formando espécies hidrolisadas com carga positiva, e o segundo fundamentalmente físico, o qual consiste no transporte das espécies hidrolisadas para que haja contato com as impurezas presentes na água. Para que ocorra a etapa de coagulação é necessário efetuar uma mistura rápida, que pode variar desde décimos de segundos a cerca de 100 segundos, conforme Di Bernardo (2005), permitindo que ocorra o contato do coagulante com todo o volume de água e a desestabilização das cargas negativas presentes na superfície das partículas.

Após desestabilização das partículas promovida pela coagulação, tem-se o processo de floculação. Nesta etapa, ocorre a formação de flocos através da aplicação adequada do tempo de detenção e do gradiente de velocidade, os quais ocorrem através de choques entre as partículas já desestabilizadas (LIBÂNIO, 2008). Esta condição, gerada através do processo de floculação, faz com que pequenos flocos e partículas se agrupem formando partículas com massa mais densa, passíveis de sedimentação.

Os gradientes de velocidade e tempo de mistura, aliados aos intervenientes no processo de coagulação, são os parâmetros que definem a densidade e tamanho dos flocos, por isso são considerados os principais fatores da eficiência da floculação e do tratamento como um todo (RAMOS, 2005).

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O principal objetivo da floculação é obtenção de flocos com características favoráveis a sua remoção na etapa de tratamento posterior, que pode ser: decantação, com ocorrência de sedimentação dos flocos; filtração direta, onde os flocos devem se aglutinar de maneira propícia a serem removidos nos materiais filtrantes, não havendo necessidade de obtenção de flocos grandes ou densos; ou flotação ocorrendo aderência dos flocos às microbolhas de ar, ganhando empuxo, para posterior remoção na superfície por raspadores (MENDES, 2008).

3.2.2 Sedimentação/Decantação

Segundo Richter & Azevedo Netto, (1991) a sedimentação é um dos processos mais comumente adotado no tratamento de água para remoção de partículas sólidas em suspensão, no entanto determinadas partículas com tamanho reduzido ou com densidade muito próxima à da água podem não ser removidas por sedimentação, sendo removidas na etapa de filtração. Na sedimentação os flocos já com tamanho aumentado tendem pela ação da gravidade a sedimentar, resultando na clarificação da água pela separação das fases sólida e líquida (DI BERNARDO, 2005).

Nos processos de coagulação, floculação e sedimentação utilizando coagulantes naturais, pode ser empregado um processo sequencial ao tratamento, como por exemplo a filtração lenta, para a retirada mais eficiente dos flocos formados.

3.2.3 Filtração lenta

A filtração lenta é um processo de tratamento que permite a passagem da água por um meio filtrante granular, geralmente areia, promovendo assim a redução de parâmetros de qualidade, como cor, turbidez, sólidos suspensos e coliformes, possibilitando a melhoria das características químicas, físicas e bacteriológicas do efluente (PATERNIANI et al., 2004).

O processo de tratamento com filtração lenta é uma tecnologia adequada para pequenas comunidades, pois sua simplicidade de construção, manutenção, não exigem operações altamente qualificadas. A filtração lenta pode ser associada a sistemas de pré-tratamento, bem como a sedimentação simples com o uso de coagulantes naturais (FUNASA, 2007; STACCIARINI, 2002).

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Em uma ação conjunta das etapas de filtração lenta e coagulação com solução de sementes de Moringa oleifera foi possível observar que a combinação potencializou a eficiência da filtração lenta, embora a adição de matéria orgânica em excesso diminuiu o tempo de duração da carreira de filtração (FRANCO, 2010). Arantes (2010) também observou a ação conjunta desse coagulante natural em filtros de nãotecidos, porém a elevada formação dos flocos gerou elevada perda de carga e consequente demora no término da carreira.

Segundo trabalho de Francisco (2012), apresentou eficiência significativa para o tratamento de água com Moringa oleifera seguido da etapa de filtração lenta, com nãotecidos sintéticos, na remoção de microesferas de poliestireno, que simulavam os oocistos de protozoário Cryptosporidium ssp., onde os flocos formados pelo coagulante aderiram a superfície dos fios das mantas retendo grande parte das microesferas.

Estudos verificaram que a utilização de filtros lentos utilizando nãotecidos sintéticos apresentou grande resistência, durabilidade, possibilidade de substituir a camada superficial do meio filtrante e diminuir a espessura da camada de areia sem prejudicar a qualidade do efluente, retendo parte das impurezas encaminhadas ao meio granular. Outro benefício do uso de nãotecidos é que o volume de água utilizado na limpeza das mantas foi menor do que o gasto para a lavagem da areia (DI BERNARDO & DANTAS, 2005; FERRAZ e PATERNIANI, 2002).

3.3 Uso de não tecidos em filtração lenta

Segundo a NBR 13370 não tecido é uma estrutura plana, flexível e porosa constituída de véu ou manta de fibras e filamentos, orientados direcionalmente ou ao acaso, consolidados por processo mecânico (fricção) e/ou químico (adesão) e/ou térmico (coesão) e combinações destes (MARONI et al., 1999).

A aplicação dos não tecidos podem ser verificada nos mais diversos ramos, como: indústria automobilística, comércio (embalagens, decoração e proteção de produtos), construção civil, artigos domésticos, filtração, produtos de higiene e médico hospitalar; forrações em geral (carpetes, decoração de paredes), calçados, obras geotécnicas e vestuário (MARONI et al., 1999).

Nos estudos de Rollin et al. (1982) destacaram a importância dos atributos hidráulicos e mecânicos dos nãotecidos nos processos de clarificação da água, eles notaram que os mecanismos de retenção de partículas pelos nãotecidos ocorrem por ações semelhantes às

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que ocorrem na filtração em areia: atração por cargas eletrostáticas das fibras, penetração e deposição nos filamentos das fibras e aglomeração. A condutividade hidráulica, a superfície específica e a porosidade são propriedades que influenciam na capacidade de filtração, retenção de partículas, e permeabilidade da água no nãotecido.

3.4 Uso de coagulantes naturais

Águas tratadas com objetivo de atender ao consumo doméstico necessitam da adição de substâncias químicas para atingir padrões de potabilidade. Os produtos mais utilizados são os coagulantes como sulfato de alumínio, sais de ferro, ou polímeros orgânicos, que às vezes não estão disponíveis em regiões mais afastadas ou possuem custo muito elevado. Para minimizar essa dificuldade e para que se tenha um tratamento apropriado e produção de água de boa qualidade com custos mínimos faz-se necessário o emprego dos coagulantes naturais (FRANCO, 2010).

Segundo Franco (2010), o uso de coagulantes de origem vegetal, para clarificação de águas turvas e coloridas, é de grande importância ecológica e ambiental, considerando que a presença das plantas, sempre contribui com o meio ambiente, a paisagem e com a sustentabilidade do meio, tornando-o sempre mais agradável.

Alguns trabalhos têm destacado a viabilidade do uso de coagulantes e/ou auxiliares de coagulação de origem orgânica, constituídos a base de polissacarídeos, proteínas e principalmente os amidos, destacando a farinha de mandioca, araruta e fécula de batata, que melhoram a eficiência dos processos físicos de remoção de sólidos suspensos da água (DI BERNARDO, 2005). No entanto, seu uso tem sido desencorajado no emprego direto no tratamento de água, devido à alta modernização e a industrialização de produtos químicos. Diante da necessidade, o uso de coagulantes naturais tem sido difundido em países em desenvolvimento, em regiões remotas, onde se restringe como única fonte de tratamento, Ndabigengesere e Narasiah, (1998), como no caso dos coagulantes Moringa oleifera, Jatrophacurcas, Guargum, Strychnospotatorum, Hibiscussabdariffa e Clidemiaangustifolia, que são utilizados na purificação de água há muitos séculos (PRITCHARD et al., 2010).

O mecanismo de coagulação desses compostos orgânicos e inorgânicos é semelhante ao mecanismo dos polieletrólitos, já que todos eles são dotados de sítios com pontos positivos ou negativos, podendo na presença da água se transformar em coagulantes catiônicos ou aniônicos, dependendo do saldo das cargas elétricas (RAMOS BORBA, 2001).

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3.5 Moringa oleifera

A remoção de turbidez e cor é um dos passos de um sistema de tratamento de água convencional, e que geralmente são alcançados pelo uso de coagulantes. Esses coagulantes são geralmente compostos orgânicos e inorgânicos, assim como os coagulantes naturais e polímeros sintéticos. Os coagulantes naturais de origem vegetal ou mineral são usados no tratamento de água há muito tempo, um exemplo clássico é a semente da árvore tropical Moringa oleifera Lam., que contém agentes ativos com excelente atividade e propriedades coagulantes. Suas sementes (Figura 1) possuem grande potencial para uso em tratamentos de água, e pode ser recomendada em regiões onde não existem tratamentos convencionais.

Figura 1: Imagem da vagem contendo a semente, casca e a semente descascada.

No nordeste brasileiro a utilização das sementes de Moringa oleifera no tratamento de água para o consumo humano tem sido prática frequente, dada à escassez de água potável para a população rural dessa região (BEZERRA, et al., 2004). Alguns projetos existentes no Brasil desenvolvem educação ambiental com a população e a distribuição de mudas de Moringa oleifera para as famílias utilizarem em suas residências.

Segundo Ndabigengesere et al. (1995), em suas pesquisas mostraram que os mecanismos responsáveis pelo processo de coagulação das sementes de Moringa oleifera em extratos aquosos são proteínas catiônicas. Okuda (2001) discorda dessas evidências, afirmando a partir de resultados provenientes da extração aquosa com sal, que o componente ativo não é uma proteína de polissacarídeo ou lipídio, mas sim um polieletrólito orgânico. Estudos mais recentes de Ghebermichael et al. (2005) mostraram por espectrometria de massa e

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cromatografia que cada fração de proteína obtida após trocas catiônicas não consiste de uma única proteína, mas sim de uma mistura de proteínas com características físicas semelhantes.

O coagulante quando dosado adequadamente não é tóxico para humanos, e além das propriedades coagulantes, apresenta efeito bactericida. Outro aspecto positivo no uso das sementes de Moringa oleifera é que o pH e o gosto da água não se alteram, o que a torna palatável (AMARAL et al., 2006; NDABIGENGESERE e NARASIAH, 1998). Comparando solução à base de sementes de Moringa oleifera com sulfato de alumínio, Ndabigengesere e Narasiah (1998) verificaram que o uso de Moringa oleifera não promove alterações significativas nos valores de pH da água, sendo que este permaneceu na faixa de 7,6 para as diversas dosagens testadas.

Porém, o maior problema dos métodos de preparo de solução coagulante de Moringa oleifera, segundo Arantes (2010), é a interferência de materiais responsáveis pelo processo de coagulação e floculação em água, principalmente quando se deseja obter separação final da água por meio de filtração, uma vez que resíduos excedentes possam entupir filtros e reduzir a carreira de filtração. Além disso, para Ghebermichael et al. (2005), a preocupação é que tais partículas aumentem o teor de matéria orgânica em água, desfavorecendo os tratamentos posteriores, como a cloração, em virtude da possível formação de trihalometanos pela combinação do cloro com o material orgânico. Ndabigengesere e Narasiah (1998) levantaram que além do extrato do coagulante líquido apresentar grandes quantidades de proteína, também possui um elevado teor de Carbono Orgânico Dissolvido (COD), podendo chegar a valores de 15.000 mg.L-1, fazendo com que ocorra a interação entre a matéria orgânica em água tratada e o cloro residual.

Em pesquisas de Okuda (2001), comparou o uso de Moringa oleifera para extrair o componente de coagulação ativa de sementes, preparada pelo método convencional usando “água doce” com o método usando “água salgada”. Nesta pesquisa, o componente de coagulação ativa foi obtido a partir de um extrato de solução de NaCl. Observou-se que o componente ativo aumentou em até 34 vezes a atividade de coagulação específica da Moringa oleifera. Além disso, afirma que diferentemente dos coagulantes convencionais de água, o componente ativo pode ser utilizado para águas com baixa turbidez sem que tenha o aumento na concentração de carbono orgânico dissolvido.

Em pesquisas de Arantes et al. (2010) e Pritchard et al. (2010) propuseram uma nova metodologia para a coagulação/floculação com sementes de Moringa oleifera no tratamento de água, concentrando o pó da semente dentro de sachês para evitar que a dispersão

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dessas partículas aumentem a concentração de matéria orgânica. O objetivo desse tratamento é a liberação apenas da proteína catiônica responsável pelo tratamento de água, e após o processo de coagulação e durante a floculação, os sachês são retirados do sistema, evitando dessa forma o aumento da carga de material residual de Moringa oleifera na água tratada proveniente do pó da semente.

O trabalho de Silva (2011) verificou a eficiência do método testando diferentes materiais para confecção de sachês no tratamento com o pó de sementes de Moringa oleifera. A pesquisadora evidenciou que diversos materiais sintéticos de baixo custo foram eficientes no tratamento, embora o sachê preparado à base de filtro de papel comercial de café é o mais indicado, por ser de fácil obtenção e baixo custo.

Beltrán-Heredia e Sánchez-Martin (2009) realizaram tratamentos de água com Moringa oleifera seguido de filtração lenta, embora tenham mantido a sedimentação entre os processos de coagulação e filtração. Os autores observaram que há diferença significativa entre a aplicação da filtração em relação ao método convencional de utilização da Moringa oleifera, onde geralmente é realizado o processo de coagulação/floculação seguido apenas da etapa de sedimentação. As possíveis desvantagens para a utilização da semente de Moringa oleifera devido a não sedimentação total, pode ser reduzida pelo uso de filtro lento de areia, tornando-se uma alternativa eficaz na remoção da turbidez e de microrganismos pretornando-sentes em águas.

Diante das vantagens do uso do coagulante a base de sementes de Moringa oleifera, é importante dar continuidade nas pesquisas relacionadas ao melhoramento de técnicas de aplicação desse coagulante natural, uma vez que ainda existem regiões no Brasil e no mundo, que não são atendidas pela rede de abastecimento de água potável. Assim, torna-se justificável dar continuidade aos diversos estudos que evidenciaram o grande potencial da Moringa oleifera no tratamento de água.

3.6 Alginato de Sódio

O Alginato é um copolímero linear de a-l-guluronato e a-mannuronato, também conhecido como um polímero aniônico natural, que constitui 10 - 40% do peso seco de todas as espécies de algas marrons, conforme Volesky (2003), citado por Papageorgiou et al., (2006). A capacidade deste copolímero para formar géis biodegradáveis estáveis na presença de cátions bivalentes tem sido conhecida e estudada extensivamente desde os anos setenta. “As propriedades de geleificação podem ser atribuídas à ligação simultânea dos cátions bivalentes,

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tais como Ca2+ a diferentes cadeias de blocos de a-l-guluronato” (VEGLIO et al., (1998). Como resultado da sua configuração, estas cadeias formam reservas eletronegativas, capazes de manter os cátions através de interações iónicas, resultando na reticulação das cadeias numa estrutura semelhante a uma "caixa de ovo"(GRANT et. al., 1973)

Papageorgiou et al., (2006) estudou a capacidade de sorção de metais pesado (Cu2+_,

Cd2+ e Pb2+) através do uso do Alginato de sódio extraído de Laminaria digitata, sob a forma de grânulos de cálcio preparados através da técnica de gotejamento. Ele preparou as esferas a partir de soluções de Alginato a 2% (m/v) misturando o pó de Alginato de sódio com água destilada enquanto se agitava; e gotejando em de solução de CaCl2 sob agitação suave. As

esferas de gel foram formadas por contato e deixadas estabilizar, foram lavadas várias vezes com água destilada e finalmente, deixadas secar à temperatura ambiente. Em seu trabalho as esferas secas de Alginato foram lançadas em solução contendo metais, para realizar o tratamento da água.

Sharmila et al. (2012) avaliaram formas de imobilização de proteína de várias substâncias, incluindo a Moringa oleifera. Os autores demonstraram por meio de imobilização a atividade enzimática de cada composto usando Alginato de Sódio. Entre as substâncias que são imobilizadas em Alginato de Sódio, incluem também algas e leveduras no tratamento de metais pesados para tratamento de efluentes sanitários (PAPAGEORGIOU et al., 2006).

Estudos mostram que o Alginato de Sódio misturado ao pó das sementes de Moringa oleifera e banhado em Cloreto de Cálcio, é capaz de evitar a dispersão do pó, aumentando a superfície de contato por adsorção em metais no tratamento de efluentes (FRANCO et al., 2013). Para o tratamento de água eliminando teores de turbidez, ainda não há trabalhos que demonstrem a coagulação/floculação com o pó das sementes de Moringa oleifera misturado com Alginato de Sódio. Apenas com o coagulante Sulfato de Alumínio, Kawamura (1991) utilizou o Alginato de Sódio, porém como um polieletrólito, que aumenta a capacidade coagulante no tratamento de água.

3.7 Formação de Trihalometanos

O controle da qualidade da água para uso e consumo humano é fundamental para prevenir e evitar a transmissão de doenças, especialmente as gastrointestinais. Normalmente serviços públicos de água usam o cloro como desinfectante, o qual é introduzido à rede de abastecimento através das estações de tratamento de água. No entanto, a concentração de cloro

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decai ao longo da rede de distribuição, podendo assim ser insuficiente a concentração em alguns pontos (SANTOS-TELLEZ et al., 2014).

Segundo Santos-Tellez et al. (2014), o decaimento da concentração de desinfectantes é proporcional ao tempo de residência da água nos tubos de distribuição. Este problema aparece em tanques de armazenamento, bem como onde o tempo de alta residência, combinado com tanque de manutenção inadequada, pode resultar em crescimento de micro-organismos (biofilme) no interior da rede de distribuição. Excesso de cloro dentro da rede, para conter crescimento de micro-organismos, pode representar um risco para a saúde, isso porque ele entra em reação com a matéria orgânica na água, podendo formar compostos chamados trihalometanos (THM) que têm sido associados com danos no fígado em humanos (LEAL et al., 1999).

As fontes de águas e o tipo de desinfectante utilizado podem determinar a concentração de produtos secundários a serem formados a partir da cloração. Os subprodutos da cloração são uma mistura complexa de diferentes substâncias com diferentes propriedades físico químicas e cancerígenas, para o qual a população pode ser exposta através da água potável (VILLANUEVA et al.,2001).

O grupo de trihalometanos consiste basicamente em clorofórmio, bromodicloro-metano, clorodibromometano e bromofórmio. Seus valores em água clorada podem variar consideravelmente dependendo das características da fonte de água: podendo variar de menos do que 10 µg.L-1 em águas de fontes subterrâneas clorados, e mais de 200 µg.L-1 em água clorada de origem superficial. Os subprodutos da cloração são formados em proporções diferentes dependendo das características da fonte de água. A principal propriedade química dos trihalometanos é a sua elevada volatilidade, de modo que inalação e absorção dérmica são rotas importantes de exposição em situações como duchas, banhos ou piscinas (VILLANUEVA et al., 2001).

Segundo Von Sperling (2000), em uma pesquisa realizada com águas sintéticas que objetivou avaliar os riscos de câncer em razão do número de casos anuais por milhão de pessoas, decorrentes da formação de trihalometanos, aferiu-se a formação individual das espécies principais: clorofórmio (triclorometano), bromodiclorometano, dibromoclorometano e bromofórmio (tribromometano), em função da concentração de COT (carbono orgânico total). Em sua pesquisa, sugere que para os limites máximos permissíveis no Brasil (0,1 mg.L-1) de trihalometanos, os resultados com teor de COT não pode ser superior a 3 mg.L-1. No Brasil o valor máximo permitido é de 0,1 mg.L-1 para a presença de trihalometanos em água, estipulado

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pelo Ministério da Saúde na Portaria MS nº 2914 de 2011, a qual dispõe sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade.

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4 MATERIAL E MÉTODOS

4.1 Localização da Instalação do Projeto de Pesquisa

O experimento foi conduzido nas dependências do Laboratório de Saneamento da Faculdade de Engenharia Agrícola (FEAGRI) da Universidade Estadual de Campinas – Unicamp. A montagem do experimento foi realizada em escala de bancada e a coleta de dados realizados a partir de análises laboratoriais que permitiram observar a eficiência no tratamento de água.

4.2 Etapas da Pesquisa

O trabalho foi dividido em três etapas que possibilitaram observar as melhores variáveis de estudo, principalmente pelo fato do Alginato de Sódio não ter sido utilizado até o momento na imobilização da Moringa oleifera para tratamento de água, sendo usado apenas na adsorção de metais em pesquisa de Franco et al. (2013). Preliminarmente, foi necessário realizar testes para avaliar as melhores concentrações de Alginato de Sódio e Moringa oleifera para que ocorresse a imobilização com o tratamento.

A primeira etapa consistiu na seleção das concentrações de solução de Alginato de Sódio combinado com o pó triturado de Moringa oleifera em solução de Cloreto de Cálcio, para testar a possibilidade de formar esferas capazes de realizar o tratamento de água através da coagulação e floculação em Jar Test, em água sinteticamente preparada pela adição de bentonita.

A segunda etapa consistiu na inclusão de saches de tecido, para conter as esferas, no processo de coagulação e floculação em Jar Test, e verificar a possibilidade de tratamento da água sinteticamente preparada, observando as concentrações de carbono orgânico total, ao final do tratamento. Nesta etapa foi realizado testes com saches de tecido de Voil e de Microtule.

A terceira etapa consistiu na inclusão do sistema de filtração lenta, sequencial ao processo de coagulação e floculação, verificando a realização do tratamento completo da água e a concentração de matéria orgânica na água filtrada. Nesta etapa o processo de coagulação e floculação em Jar Test ocorreu com o uso de saches de tecido (Voil e Microtule) a fim de reter a esfera e não obstruir as conexões do sistema de filtração lenta.

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Na figura 2, é possível visualizar o fluxograma das três etapas que foram realizadas durante os estudos.

Figura 2: Fluxograma das etapas de desenvolvimento da pesquisa de mestrado.

4.2.1 Preparo do pó de sementes de Moringa oleifera

As sementes de Moringa oleifera foram colhidas no campo experimental da Faculdade de Engenharia Agrícola. A colheita aconteceu em períodos de estiagem, para evitar umidade proveniente das chuvas, ou que houvesse a deterioração da semente por proliferação de micro-organismos, que possam interferir diretamente em sua qualidade.

As sementes colhidas foram previamente secas e armazenadas, conforme procedimentos de Arantes et al. (2010), as quais foram retiradas das vagens (Figura 3 - a) e colocadas em estufa à 65°C por 24 horas para secagem, chegando ao final com umidade em

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torno de 5%. Após esse procedimento, as sementes ainda com a casca foram separadas, armazenadas em lotes e refrigeradas à 5º C em incubadora, no laboratório de Pós-colheita.

Para a utilização das sementes nos ensaios, estas foram descascadas (Figura 3 - b), e processadas em um moedor manual (Figura 4), para transformá-las em pó.

O conteúdo moído foi transferido para uma peneira com abertura de 0,84 mm, com objetivo de reter grãos mais grosseiros. A massa do pó da semente de Moringa oleifera gerada nesse processo foi medida em balança analítica com precisão de 0,0001 g (Figura 5-d).

Figura 3: a) Sementes tiradas da vagem; e b) sementes descascadas.

Figura 4: Moedor manual utilizado para moer as sementes de Moringa oleifera.

A Figura 5 apresenta detalhes do procedimento utilizado no processamento das sementes de Moringa oleifera, como moagem, peneiramento e pesagem, para serem utilizadas nos ensaios.

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Figura 5: a) Moagem da semente de Moringa em moedor manual, b) Peneiramento do material moído, c) Pó de Moringa peneirado, d) Medição da massa do pó de Moringa.

4.2.2 Preparo da água sintética

No tratamento proposto foi utilizada água sinteticamente preparada em laboratório pela adição de bentonita em água destilada e deionizada, objetivando estabelecer faixa de turbidez entre 55 a 65 NTU. O procedimento adotado para o preparo da água sintética é baseado nas metodologias caracterizando valores encontrados em águas de mananciais captadas para tratamento, apresentadas por Silva (2011) e Arantes (2014). A utilização da água sintética proporcionou obter controle das variáveis e viabilizar a otimização do tratamento, possibilitando dessa forma observar as condições de estudo.

O preparo da água consiste em adicionar 3,5 a 4 g de bentonita em um recipiente contendo 16 litros de água destilada e deionizada por agitação magnética durante 30 minutos

a)

b

)

c)

d

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(Figura 6). Em seguida da agitação (homogeneização) a água passou por um processo de repouso por 24 horas.

Figura 6: Agitação magnética da mistura de água destilada com bentonita.

Ao final desse intervalo, o volume sobrenadante foi transferido cuidadosamente para outro recipiente. Essa transferência ocorreu até uma marca delimitada de 7 cm acima do fundo, preocupando-se para não ocorrer a suspensão do excesso de bentonita sedimentada no recipiente. Denominou-se “água de estudo” o sobrenadante transferido, utilizado para o tratamento. Este procedimento foi realizado a cada novo ensaio.

Para a condução dos ensaios essa água de estudo foi distribuída nos jarros do equipamento Jar Test, com um volume de 2,0 litros cada, aguardando o posterior tratamento.

Logo após a água de estudo ser distribuída nos jarros, uma alíquota com aproximadamente 100 ml da água de estudo era separada para realizar a caracterização dos parâmetros físico-químicos de interesse do estudo (Tabela 1).

Tabela 1: Parâmetros físico-químicos da água de estudo.

Parâmetros Valores médios

Turbidez (NTU) 65

Cor Aparente (mgPtCo.L-1₎ ₄₅₀

Condutividade Elétrica (S.cm-1₎ _15,0

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37

4.3 Etapa 1: Testes combinando concentrações de Alginato de sódio e Moringa oleifera para formar esferas e realizar o tratamento de água

A primeira etapa consistiu na seleção e combinação das concentrações de Alginato de Sódio, Moringa oleifera e Cloreto de Cálcio, para formar esferas capazes de realizar o tratamento de água através dos processos de coagulação e floculação.

Para melhor entendimento da seleção das concentrações das variáveis de estudo, esta etapa foi subdividida em três fases, que explicam como se iniciou a triagem das concentrações até a realização do tratamento da água sinteticamente preparada.

O detalhamento de cada procedimento adotado nesta etapa pode ser observado no subitem “4.3.3. Fases da Etapa 1 – Seleção das concentrações das variáveis de estudo”.

4.3.1 Procedimentos para o preparo das esferas

Na interação entre a Moringa oleifera e o Alginato de Sódio para preparar as esferas, o pó da semente foi utilizado em dois momentos. O primeiro no preparo da solução coagulante, o qual empregou massa de Moringa oleifera em solução salina. E o segundo ocorreu com a adição do pó da semente na mistura final das soluções, após agitação, e antes da formação das esferas. Por isso, para não comprometer o ensaio, o pó da semente foi sempre preparado e utilizado no mesmo dia, para não atribuir problemas de deterioração das características do pó, degradação ou efeito inibidor durante a coagulação no tratamento de água.

A solução coagulante de Moringa oleifera foi preparada de acordo com os procedimentos conduzidos por Ramos (2005) e adaptados por Arantes et al. (2010), empregando-se concentrações em peso/volume de 2 a 4%, ou seja, 2 a 4 gramas do pó da semente de Moringa oleifera, previamente moída e peneirada, em 100 ml de solução salina (NaCl) a 1,0 M, embora que em trabalhos de Arantes, (2010), tenha sido empregado água ao invés da solução salina. No início dos testes também foi realizado ensaios com solução salina a 0,5 M. O extrato foi homogeneizado com agitação magnética durante 3 minutos, e em seguida a mistura passou por uma peneira com malha de 0,125 mm, para reter o excesso de partícula sólida, e dessa forma apenas utilizou-se o extrato líquido (Figura 7).

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Figura 7: Extrato líquido do coagulante de semente de Moringa oleifera.

Logo após o preparo do extrato líquido, iniciou-se rapidamente a aplicação do Alginato de Sódio em um volume fixo de 25 mL da solução coagulante, visto que algumas partículas menores de Moringa oleifera presentes na suspensão tendem a decantar com o tempo. A adição de Alginato de Sódio na solução coagulante de Moringa oleifera foi preparada conforme procedimentos do trabalho de Franco (2013), o qual adicionou-se na solução coagulante uma massa conhecida de Alginato de Sódio (Figura-8), sob agitação magnética por um período aproximado de 20 horas, para promover a homogeneização da solução. O Alginato de Sódio utilizado nesta pesquisa é um composto constituído basicamente por algas marrons, adquirido do fabricante Sigma Aldrich.

Figura 8: A) Pesagem do Alginato de Sódio necessário. B) Adição de 25 mL da solução coagulante no Alginato de Sódio. C) Agitação da mistura por período de 20 horas.

Nos primeiros ensaios deste experimento foram testados diversas concentrações de Alginato de Sódio que variaram de 1 a 10%, a partir de intervalos de 0,5%, os valores foram estipulados a partir do trabalho de FRANCO (2013) que utilizou 2%, equivalente a 0,500g, e adaptado para as demais variáveis. Dessas concentrações, as melhores formações de esferas se encontram em uma faixa de 1% a 2%. Entretanto, os valores acima de 2% apresentaram esferas

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impermeáveis, e por isso, optou-se por utilizar valores abaixo dessas condições.

Passado o intervalo de tempo de agitação, foi adicionada à solução de Alginato de Sódio uma quantidade do pó de Moringa oleifera, (Figura 9-A), cuja concentração foi otimizada entre 1,5 a 3,5 gramas para a relação massa/volume mais eficiente. Em seguida, foi realizada a homogeneização por 15 minutos em agitador magnético. A adição do pó de Moringa oleifera, teve como objetivo aumentar a consistência no formato das esferas produzidas.

Após a homogeneização do pó de Moringa oleifera em solução de Alginato de Sódio, a mistura foi convertida em esferas geleificantes. Utilizando uma pipeta Pasteur, foi realizado seu gotejamento em um Becker contendo aproximadamente 50 ml de solução de Cloreto de Cálcio, que variou entre 0,05 a 0,5 M, até que ocorresse a formação das esferas. Cada gota formada na solução de Cloreto de Cálcio representou uma unidade de esfera (Figura 9 - B).

Figura 9: A) Inserção do pó da semente de Moringa oleifera. B) Formação das esferas geleificantes com auxílio da Pipeta Pasteur.

O volume formado de esferas para ser lançado em cada jarro consistiu em 25 ml de solução coagulante mais a massa de Alginato de sódio mais a massa de Moringa oleifera na mistura final.

Na Figura 10 pode ser visualizada as esferas formadas em solução de Cloreto de Cálcio, para serem lavadas antes de sua utilização para o tratamento de água.

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Figura 10: Esferas geleificantes formadas a partir da combinação de Alginato de Sódio e Cloreto de Cálcio.

A finalização do processo foi realizado a partir da imersão das esferas em outra solução de Cloreto de Cálcio menos concentradas, otimizada a 10% e, posteriormente lavadas com água destilada para remover o excesso da solução de Cloreto de cálcio e possíveis esferas deformadas ou flutuantes, que poderiam conter bolhas de ar. A Figura 11 apresentas as esferas prontas para serem utilizadas no tratamento da água.

Figura 11: Esferas lavadas prontas para serem utilizadas no tratamento da água.

Após todo o processo para formação e lavagem das esferas, nesta primeira etapa, elas foram lançadas em jarros do Jar Test contendo a água sintética para serem testadas promovendo o tratamento de água através da coagulação e floculação.

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Na Figura 12 pode-se visualizar o fluxograma que sintetiza as etapas do procedimento para a formação das esferas.

Figura 12: Fluxograma resumido das variáveis utilizadas na formação das esferas.

Contudo, houve a necessidade de otimização das massas e volumes das variáveis de estudo, a fim de encontrar as concentrações ideais para desenvolvimento dos ensaios e obter os melhores resultados. O detalhamento das concentrações pode ser observado no item 4.3.3.

4.3.2 Ensaios com o equipamento Jar Test

O experimento foi conduzido em reatores estáticos - Jar Test, com capacidade para 6 jarros, com volume líquido de 2 litros para cada jarro. A água sintética com turbidez em torno de 60 NTU foi distribuída nos jarros, aguardando a posterior adição das esferas para efetuar o processo de tratamento.

A agitação das amostras procedeu-se com intervalos de misturas, rápida e lenta, utilizando valores que foram baseados nos trabalhos de Silva (2011) e Arantes (2014). O detalhamento dos gradientes de mistura utilizados é descrito em cada etapa de estudo.