UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CENTRO-OESTE SETOR DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS E AMBIENTAIS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL
HENRIQUE AZEVEDO SILVEIRA
REMOÇÃO DE FERRO E MANGANÊS ATRAVÉS DE FILTRAÇÃO ADSORTIVA EM ZEÓLITAS, EM ESCALA DE BANCADA E UNIDADE DE FILTRAÇÃO PILOTO
IRATI 2017
HENRIQUE AZEVEDO SILVEIRA
REMOÇÃO DE FERRO E MANGANÊS ATRAVÉS DE FILTRAÇÃO ADSORTIVA EM ZEÓLITAS, EM ESCALA DE BANCADA E UNIDADE DE FILTRAÇÃO PILOTO
Dissertação apresentada como requisito parcial à obtenção de grau de mestre em Engenharia Sanitária e Ambiental, Curso de Pós-Graduação em Engenharia Sanitária e Ambiental, área de concentração em Saneamento Ambiental e Recursos Hídricos, da UNICENTRO.
Orientadora: Profª Dra Engª Jeanette Beber de Souza
Coorientadora: Profª Dra Engª Giovana Kátie Wiecheteck
IRATI 2017
Biblioteca da UNICENTRO SILVEIRA, Henrique Azevedo.
S587r e unidade de filtração piloto / Henrique Azevedo Silveira. – Irati, PR : [s.n], 2017.Remoção de ferro e manganês através de filtração adsortiva em zeólitas, em escala de bancada 112f.
Orientadora: Profª Drª Jeanette Beber de Souza Coorientadora: Profª Drª Giovana Kátie Wiecheteck
Dissertação (mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Sanitária e Ambiental. Universidade Estadual do Centro-Oeste, PR.
1. Engenharia Ambiental – dissertação. 2. Mineral – zeólita. I. Souza, Jeanette Beber de. II. Wiecheteck, Giovana Kátie. III. UNICENTRO. IV. Título.
Dedico aos meus pais, família e amigos, indispensáveis a qualquer ser humano que se julgue feliz.
AGRADECIMENTOS
A Deus, por me permitir atingir mais este objetivo e por ser minha Força e Motivação maiores nos momentos em que o cansaço pesou.
À minha orientadora, Profª Drª Jeanette Beber de Souza, e coorientadora, Profª Drª Giovana Kátie Wiecheteck, pela disposição, paciência e auxílios imprescindíveis durante todas as fases de realização do trabalho.
À Fundação Araucária, pela concessão da bolsa de Mestrado para realização do projeto.
À Companhia de Saneamento do Paraná e seus colaboradores (SANEPAR), pela disponibilidade de acesso às Estações de Tratamento de Água de Irati-PR e Castro-PR, para coleta das amostras e operação no filtro piloto, respectivamente; e também pela cessão de equipamentos que foram utilizados no desenvolvimento dos ensaios.
À empresa Celta Brasil, pelo fornecimento do material utilizado na pesquisa e pela abertura ao esclarecimento de dúvidas que surgiram ao longo da pesquisa.
À Elaine Carvalho da Paz, pela indispensável ajuda desde o início até o final da pesquisa, em incontáveis situações, pelas quais devo-lhe meu eterno agradecimento. Sem você este trabalho não teria sido possível, obrigado, minha amiga.
A Carlos Raphael Pedroso, pela importante amizade firmada tão rapidamente, e por toda a disponibilidade, paciência e ajuda imensuráveis em todos os instantes, em laboratório e fora dele. Muito obrigado, “irmão”!
Ao Profº Drº Carlos Magno de Souza Vidal, pela disposição em esclarecer várias dúvidas e pelas valiosas dicas na obtenção de melhores resultados.
Ao Profº Msc. Daniel Bartiko, pela disponibilidade em ensinar a usar o Jar-Test e no esclarecimento de dúvidas surgidas ao longo dos ensaios.
Aos amigos do “Lab”; Raphael, Thaís, Deyse, Lis e Andressa, pelos vários momentos de descontração, os quais, sem dúvidas, trouxeram leveza durante todo o tempo em que estive em Irati. Amizades que levarei para toda a vida.
Aos meus pais Claudinei e Célia, e à minha namorada Patrícia, pelo carinho. A Rafael Polak, Ana Charnei, Clara Gabrieli, Ana Cé, Joelma Fedalto, Profª Drª Kelly Viviane e Profª Drª Kelly Geronazzo.
“O sucesso é ir de fracasso em fracasso sem perder entusiasmo. ” (Winston Churchill)
RESUMO
A pesquisa constou da avaliação da remoção de ferro e manganês por Filtração Adsortiva em zeólitas. Foram desenvolvidos ensaios em escala de bancada de laboratório, utilizando água do manancial de abastecimento da região de Irati-PR, com adição prévia de ferro e manganês, em duas condições de concentração, de 1,6 mg.L-1 e 1,0 mg.L-1 para ferro e manganês, respectivamente; e num segundo momento, de 3,2 mg.L-1 e 2,0 mg.L-1. Confeccionou-se previamente diagramas de coagulação com o emprego de Cloreto de Polialumínio (PAC), visando a escolha da condição ótima de operação para o par pH de coagulação x dosagem de coagulante. Foram também realizados ensaios comparativos em bancada com areia e carvão antracito, cujo tratamento foi em ciclo completo. Uma etapa de filtração em escala piloto foi desenvolvida em filtro duplo rápido por gravidade, composto por areia e zeólitas, no qual tratou-se água subterrânea advinda de poços dos municípios de Sengés-PR e Lajeado-PR. A condição ótima obtida dos diagramas de coagulação foi de pH de 7,0 e dosagem de coagulante PAC de 10 mg.L-1. Nos ensaios de filtração em bancada, para concentrações iniciais de 1,6 mg.L-1 e 1,0 mg.L-1, foram obtidas remoções nos leitos de areia, carvão antracito, zeólitas sem oxidação e zeólitas com
oxidação, respectivamente, de 65%, 81,11%, 100% e 100% para ferro e 4,17%, -154,17% (acréscimo de concentração na água filtrada), 87,96% e 75% para
manganês; para as concentrações iniciais de 3,2 mg.L-1 e 2,0 mg.L-1, as remoções médias foram de 56,55%, 100%, 96,67% e 89,68% para ferro, e 9,06%, -32,35% (acréscimo de concentração na água filtrada), 94,44% e 77,78% para manganês; tais resultados significaram que a remoção de ferro ocorreu bem em todos os leitos, enquanto que o manganês foi removido apenas na zeólita, sendo melhor no caso onde não ocorreu oxidação prévia com cloro; no carvão antracito houve liberação de compostos de manganês. Nos ensaios de filtração em escala piloto para a água de Sengés-PR o ferro foi removido, em média, 90,3%, 79,92%, 82,54% e 100% nas quatro baterias, enquanto que o manganês foi removido, em média, 86,64%, 93,98%, 97,60% e 97,55%; para a água de Lajeado-PR, o ferro foi removido, em média, 100% em todas as baterias, enquanto que o manganês foi removido, em média, 90,34%, 80,10%, 93,27 e 58,29% nas quatro baterias. Os ensaios de filtração em escala piloto foram todos realizados sem oxidação prévia com cloro das zeólitas. Os resultados em escala de bancada de laboratório e em escala piloto permitiram apontar que a zeólita utilizada sem oxidação prévia de cloro resultou em remoção média de ferro e manganês satisfatória para pequenas concentrações.
ABSTRACT
The research consisted in the evaluation of the removal of iron and manganese by Adsorptive Filtration in zeolites. Laboratory bench scale trials were carried out using water from the Irati-PR region, with previous addition of iron and manganese, in two concentration conditions, 1,6 mg.L-1 and 1,0 mg.L-1 for iron and manganese, respectively; And at a second time, 3,2 mg.L-1 and 2,0 mg.L-1. Coagulation diagrams were previously prepared using Polyaluminium Chloride (PAC), aiming at the choice of the optimal operating condition for the coagulation pH x coagulant dosage. Comparative tests were also carried out on a bench with sand and anthracite coal, whose treatment was in complete cycle. A pilot-scale filtration step was developed in a rapid double gravity filter, composed of sand and zeolites, in which groundwater was treated from wells in the municipalities of Sengés-PR and Lajeado-PR. The optimal condition obtained from the coagulation diagrams was pH of 7,0 and dosage of coagulant PAC of 10 mg.L-1. In the bench filtration tests, for the initial concentrations of 1,6 mg.L-1 and 1,0 mg.L-1, sand bed, anthracite coal, zeolite without oxidation and zeolite with oxidation were respectively obtained, 65%, 81,11%, 100% and 100% for iron and 4,17%, -154,17% (increased concentration in the filtered water), 87,96% and 75% for manganese; For the initial concentrations of 3,2 mg.L-1 and 2,0 mg.L-1,
average removals were 56,55%, 100%, 96,67% and 89,68% for iron, and 9,06%, -32,35% (increase of concentration in the filtered water), 94,44% and 77,78% for
manganese; These results mean that the iron removal occurred well in all the beds, while the manganese was removed only in the zeolite, being better in the case where no previous oxidation with chlorine occurred; In the anthracite coal there was release of manganese compounds. In the pilot-scale filtration tests for the Sengés-PR water the iron was removed on average 90,3%, 79,92%, 82,54% and 100% in the four batteries, while the manganese was removed, On average, 86,64%, 93,98%, 97,60% and 97,55%; For the Lajeado-PR water, the iron was removed, on average, 100% in all the batteries, while the manganese was removed, on average, 90,34%, 80,10%, 93,27% and 58.29% on all four batteries. Pilot scale filtration tests were all performed without prior chlorination of the zeolites. The laboratory scale and pilot scale results allowed us to point out that the zeolite used without previous chlorine oxidation resulted in the average removal of iron and manganese satisfactory for small concentrations.
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 01: ESQUEMA DE REPRESENTAÇÃO DA ESTRUTURA DE UMA ZEÓLITA ... 28
FIGURA 02: VISUALIZAÇÃO MICROSCÓPICA DE PARTÍCULAS DE ZEÓLITAS ... 28
FIGURA 03: EQUIPAMENTOS EMPREGADOS NA DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS ... 33
FIGURA 04: DILUIÇÕES CONFECCIONADAS PARA A CURVA DE FERRO ... 35
FIGURA 05: DILUIÇÕES CONFECCIONADAS PARA A CURVA DE MANGANÊS ... 35
FIGURA 06: ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA EM IRATI-PR ... 36
FIGURA 07: ESQUEMA DE COMPOSIÇÃO DOS JARROS DO JAR-TEST PARA OS ENSAIOS DO DIAGRAMA DE COAGULAÇÃO, EXEMPLO PARA CONCENTRAÇÃO DE 10 mg.L-1 ... 38
FIGURA 08: ASPECTO VISUAL DO ENSAIO EM JAR TEST PARA CONFECÇÃO DO DIAGRAMA DE COAGULAÇÃO ... 42
FIGURA 09: FILTRO DE BANCADA EM REPOUSO COM MATERIAL FILTRANTE APLICADO ... 47
FIGURA 10: ASPECTO DOS FILTROS DE BANCADA PREENCHIDOS COM MATERIAL FILTRANTE ... 48
FIGURA 11: ESQUEMA GERAL DE INSTALAÇÃO DO FILTRO PILOTO E ESTRUTURAS ANEXAS ... 54
FIGURA 12: ESQUEMA DE MONTAGEM DO FILTRO PILOTO ... 55
FIGURA 13: FILTRO PILOTO E ESTRUTURAS ANEXAS ... 56
FIGURA 14: RESERVATÓRIO DE ÁGUA UTILIZADO NO TRANSPORTE DE AMOSTRAS DE SENGÉS E LAJEADO ... 57
FIGURA 15: EQUIPAMENTOS UTILIZADOS PARA LEITURA DOS PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS ... 58
FIGURA 16: CURVA DE ABSORBÂNCIA x CONCENTRAÇÃO DE FERRO ... 61
FIGURA 17: CURVA DE ABSORBÂNCIA x CONCENTRAÇÃO DE MANGANÊS ... 62
FIGURA 18: DIAGRAMAS DE COAGULAÇÃO (pH DE COAGULAÇÃO VERSUS DOSAGEM DE COAGULANTE) PARA O POLICLORETO DE ALUMÍNIO, COM PORCENTAGEM DE REMOÇÃO DE TURBIDEZ BRUTA, PARA TEMPO DE SEDIMENTAÇÃO DE 2’20’’ ... 64
FIGURA 20: DIAGRAMAS DE COAGULAÇÃO (pH DE COAGULAÇÃO VERSUS DOSAGEM DE COAGULANTE) PARA O POLICLORETO DE ALUMÍNIO, COM PORCENTAGEM DE REMOÇÃO DE TURBIDEZ BRUTA, PARA TEMPO DE SEDIMENTAÇÃO DE 14’00’’ ... 69
FIGURA 21: DIAGRAMAS DE COAGULAÇÃO (pH DE COAGULAÇÃO VERSUS DOSAGEM DE COAGULANTE) PARA O POLICLORETO DE ALUMÍNIO, COM VALORES DE TURBIDEZ REMANESCENTE, PARA TEMPO DE SEDIMENTAÇÃO DE 14’00’’ ... 71
FIGURA 22: GRÁFICOS DE VARIAÇÃO DOS VALORES DOS PARÂMETROS MONITORADOS NO TRATAMENTO EM CICLO COMPLETO, COM FILTRAÇÃO EM AREIA, NA CONDIÇÃO DE CONCENTRAÇÃO Cbaixa (1,6 mg.L-1 DE FERRO E 1,0 mg.L-1 DE MANGANÊS) ... 76
FIGURA 23: GRÁFICOS DE VARIAÇÃO DOS VALORES DOS PARÂMETROS MONITORADOS NO TRATAMENTO EM CICLO COMPLETO, COM FILTRAÇÃO EM CARVÃO ANTRACITO, NA CONDIÇÃO DE CONCENTRAÇÃO Cbaixa (1,6 mg.L-1 DE FERRO E 1,0 mg.L-1 DE MANGANÊS) .... 79
FIGURA 24: GRÁFICOS DE VARIAÇÃO DOS VALORES DOS PARÂMETROS MONITORADOS NO TRATAMENTO EM CICLO COMPLETO, COM FILTRAÇÃO EM ZEÓLITA WATERCELL ZF-0410®, SEM ADIÇÃO PRÉVIA DE CLORO, NA CONDIÇÃO DE CONCENTRAÇÃO Cbaixa (1,6 mg.L-1 DE FERRO E 1,0 mg.L-1 DE MANGANÊS) ... 83
FIGURA 25: GRÁFICOS DE VARIAÇÃO DOS VALORES DOS PARÂMETROS MONITORADOS NO TRATAMENTO EM CICLO COMPLETO, COM FILTRAÇÃO EM ZEÓLITA WATERCELL ZF-0410®,
COM ADIÇÃO PRÉVIA DE CLORO, NA CONDIÇÃO DE CONCENTRAÇÃO Cbaixa (1,6 mg.L-1 DE
FERRO E 1,0 mg.L-1 DE MANGANÊS) ... 87
FIGURA 26: GRÁFICOS DE VARIAÇÃO DOS VALORES DOS PARÂMETROS MONITORADOS NO TRATAMENTO EM CICLO COMPLETO, COM FILTRAÇÃO EM AREIA, NA CONDIÇÃO DE CONCENTRAÇÃO Calta (3,2 mg.L-1 DE FERRO E 2,0 mg.L-1 DE MANGANÊS) ... 90
FIGURA 27: GRÁFICOS DE VARIAÇÃO DOS VALORES DOS PARÂMETROS MONITORADOS NO TRATAMENTO EM CICLO COMPLETO, COM FILTRAÇÃO EM CARVÃO ANTRACITO, NA CONDIÇÃO DE CONCENTRAÇÃO Calta (3,2 mg.L-1 DE FERRO E 2,0 mg.L-1 DE MANGANÊS) ... 93
FIGURA 28: GRÁFICOS DE VARIAÇÃO DOS VALORES DOS PARÂMETROS MONITORADOS NO TRATAMENTO EM CICLO COMPLETO, COM FILTRAÇÃO EM ZEÓLITA WATERCELL ZF-0410®,
SEM ADIÇÃO PRÉVIA DE CLORO, NA CONDIÇÃO DE CONCENTRAÇÃO Calta (3,2 mg.L-1 DE
FERRO E 1,6 mg.L-1 DE MANGANÊS) ... 95
FIGURA 29: GRÁFICOS DE VARIAÇÃO DOS VALORES DOS PARÂMETROS MONITORADOS NO TRATAMENTO EM CICLO COMPLETO, COM FILTRAÇÃO EM ZEÓLITA WATERCELL ZF-0410®,
COM ADIÇÃO PRÉVIA DE CLORO, NA CONDIÇÃO DE CONCENTRAÇÃO Cbaixa (3,2 mg.L-1 DE
FERRO E 1,6 mg.L-1 DE MANGANÊS) ... 98
FIGURA 30: GRÁFICOS DE REMOÇÃO DE FERRO E MANGANÊS, APÓS ENSAIO DE FILTRAÇÃO PILOTO EM ZEÓLITA WATERCELL ZF-0410® SEM ADIÇÃO PRÉVIA DE CLORO, PARA A ÁGUA IN NATURA DE SENGÉS-PR ... 102
FIGURA 31: GRÁFICOS DE REMOÇÃO DE FERRO E MANGANÊS, APÓS ENSAIO DE FILTRAÇÃO PILOTO EM ZEÓLITA WATERCELL ZF-0410® SEM ADIÇÃO PRÉVIA DE CLORO, PARA A ÁGUA IN NATURA DE LAJEADO-PR ... 105
LISTA DE TABELAS
TABELA 01: EQUIPAMENTOS E METODOLOGIA UTILIZADOS PARA DETERMINAÇÃO DOS
PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS AVALIADOS NOS ENSAIOS DE BANCADA ... 32
TABELA 02: LIMITES DE DETECÇÃO MÍNIMOS E MÁXIMOS DOS KIT’S DE FERRO E MANGANÊS E COMPRIMENTO DE ONDA PARA LEITURA EM ESPECTROFOTÔMETRO ... 34
TABELA 03: FAIXA DE VALORES DE pH E DOSAGEM DE COAGULANTE PAC UTILIZADOS PARA O DIAGRAMA DE COAGULAÇÃO ... 37
TABELA 04: CARACTERÍSTICAS DO COAGULANTE PAC UTILIZADO NA ETA DE IRATI-PR ... 38
TABELA 05: NOVOS VOLUMES ADICIONADOS NOS JARROS, APÓS DILUIÇÃO DA SOLUÇÃO DE PAC, PARA CONCENTRAÇÃO DE 20 g.L-1 ... 39
TABELA 06: VOLUMES DE ÁCIDO/BASE UTILIZADOS NA CORREÇÃO DO pH DA ÁGUA BRUTA ... 40
TABELA 07: CONDIÇÕES DE ENSAIO NO JAR-TEST PARA CONFECÇÃO DOS DIAGRAMAS DE COAGULAÇÃO ... 41
TABELA 08: ESPECIFICAÇÕES FÍSICAS DA AREIA ... 43
TABELA 09: ESPECIFICAÇÕES FÍSICAS E OPERACIONAIS DO CARVÃO ANTRACITO ... 43
TABELA 10: ESPECIFICAÇÕES FÍSICAS E OPERACIONAIS DA ZEÓLITA WATERCEL ZF-0410® 44 TABELA 11: CONDIÇÕES DE ENSAIO NO JAR-TEST PARA REALIZAÇÃO DOS ENSAIOS DE FILTRAÇÃO ... 50
TABELA 12: CARACTERÍSTICAS DE PROJETO DO FILTRO EM ESCALA PILOTO ... 51
TABELA 13: ESPECIFICAÇÕES FÍSICAS E OPERACIONAIS DA AREIA ... 52
TABELA 14: ESPECIFICAÇÕES E DIMENSÕES DO LEITO SUPORTE ... 52
TABELA 15: EQUIPAMENTOS E METODOLOGIA UTILIZADOS PARA DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS DE INTERESSE NOS ENSAIOS EM ESCALA PILOTO ... 58
TABELA 16: CARACTERIZAÇÃO DA PRIMEIRA AMOSTRAGEM REALIZADA PARA CONFECÇÃO DOS DIAGRAMAS DE COAGULAÇÃO ... 63
TABELA 17: CARACTERIZAÇÃO DA SEGUNDA AMOSTRAGEM REALIZADA PARA CONFECÇÃO DOS DIAGRAMAS DE COAGULAÇÃO ... 63
TABELA 18: CARACTERIZAÇÃO DA PRIMEIRA AMOSTRA DE ÁGUA BRUTA COLETADA PARA OS ENSAIOS DE FILTRAÇÃO ... 74
TABELA 19: CARACTERIZAÇÃO DA SEGUNDA AMOSTRA DE ÁGUA BRUTA COLETADA PARA OS ENSAIOS DE FILTRAÇÃO ... 74
TABELA 20: CARACTERIZAÇÃO DA TERCEIRA AMOSTRA DE ÁGUA BRUTA COLETADA PARA OS ENSAIOS DE FILTRAÇÃO ... 74
TABELA 21: VALORES MÁXIMOS PERMITIDOS PELA PORTARIA MS 2914/2011 PARA OS PARÂMETROS DE QUALIDADE DA ÁGUA MONITORADOS NA PESQUISA ... 76
TABELA 22: VALORES MÉDIOS DE TURBIDEZ E COR APARENTE DA ÁGUA IN NATURA DO POÇO DE SENGÉS-PR ... 102
TABELA 23: VALORES MÉDIOS DE pH PARA A ÁGUA IN NATURA E APÓS FILTRAÇÃO EM ZEÓLITA WATERCELL ZF-0410®, PARA A ÁGUA DE SENGÉS-PR ... 104
TABELA 24: VALORES MÉDIOS DE TURBIDEZ E COR APARENTE DA ÁGUA IN NATURA DO POÇO DE LAJEADO-PR ... 104
TABELA 25: VALORES MÉDIOS DE pH PARA A ÁGUA IN NATURA E APÓS FILTRAÇÃO EM ZEÓLITA WATERCELL ZF-0410®, PARA A ÁGUA DE LAJEADO-PR ... 106
LISTA DE QUADROS
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 16 2 OBJETIVOS ... 19 2.1 GERAL ... 19 2.2 ESPECÍFICOS ... 19 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 20 3.1 METAIS NA ÁGUA ... 20
3.2 FERRO E MANGANÊS NA ÁGUA ... 21
3.2.1 Ferro ... 21
3.2.2 Manganês ... 23
3.3 REMOÇÃO DE FERRO E MANGANÊS ... 24
3.4 MÉTODO DE REMOÇÃO DE FERRO E MANGANÊS POR FILTRAÇÃO ADSORTIVA EM ZEÓLITAS ... 27
4 MATERIAIS E MÉTODOS ... 32
4.1 ETAPA DE FILTRAÇÃO EM ESCALA DE BANCADA DE LABORATÓRIO . 32 4.1.1 Curvas de ferro e manganês ... 34
4.1.2 Coleta e Caracterização das Amostras ... 35
4.1.3 Diagramas de Coagulação ... 37
4.1.4 Ensaios de Filtração em Escala de Bancada de Laboratório ... 42
4.2 ETAPA DE FILTRAÇÃO ADSORTIVA NA UNIDADE PILOTO ... 50
4.2.1 Descrição do Sistema de Filtração Adsortiva em Unidade Piloto .... 50
4.2.2 Coleta das Amostras ... 56
4.2.3 Operação no Filtro Piloto ... 57
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 61
5.1 ENSAIOS EM ESCALA DE BANCADA ... 61
5.1.1 Curvas de ferro Total e manganês Total ... 61
5.1.3 Ensaios de Filtração em Escala de Bancada ... 73
5.1.3.1 Ensaio de Filtração em Leitos de Bancada para a Condição de Concentração Cbaixa (1,6 mg.L-1 de Ferro e 1,0 mg.L-1 de Manganês) ... 76
5.1.3.2 Ensaio de Filtração em Leitos de Bancada para a Condição de Concentração Calta (3,2 mg.L-1 de Ferro e 2,0 mg.L-1 de Manganês) ... 90
5.2 ENSAIOS EM ESCALA PILOTO ... 101
5.2.1 Ensaio de Filtração na Unidade Piloto com a Água de Sengés-PR101 5.2.2 Ensaio de Filtração na Unidade Piloto com a Água de Lajeado-PR ... 104
5.3 COMPARAÇÃO ENTRE OS ENSAIOS DE FILTRAÇÃO ... 107
6 CONCLUSÃO ... 108
1 INTRODUÇÃO
Os mananciais utilizados para coleta de água e futuro tratamento, para distribuição e uso, possuem contaminantes que devem ser caracterizados e quantificados para que se possam estabelecer tratamentos convenientes, a fim de remover estas impurezas e adequá-las às legislações que regulam a potabilidade das águas para consumo humano. Os locais percorridos por uma água condicionam as impurezas que ela carrega consigo (AZEVEDO NETTO & RICHTER, 2007).
Tem-se verificado que a qualidade de corpos hídricos superficiais e subterrâneos encontra-se cada vez mais avariada devido ao lançamento de cargas poluidoras, seja em forma difusa ou pontual; fato este que tem tornado cada vez mais difícil a adequação das águas ao padrão de potabilidade utilizando-se apenas métodos já consagrados (CASTAÑEDA; PASSOS & BENETTI, 2012).
Di Bernardo e Paz (2008) observam que a escolha de uma tecnologia adequada para o tratamento da água de determinado recurso de abastecimento deve estar consoante às impurezas identificadas na água, alertando que a escolha equivocada de um método de tratamento pode suceder em água de abastecimento de má qualidade e prejuízos financeiros.
Os tipos mais comuns de impurezas encontradas na água podem estar em suspensão (algas, protozoários, areia, silte, argila, resíduos industriais e domésticos), em estado coloidal (bactérias, vírus, substâncias de origem vegetal, sílica) ou dissolvidas (diversas substâncias de origem mineral, compostos orgânicos e gases, cujas ações na água dependem da composição e concentração de reações químicas com outros elementos) (AZEVEDO NETTO & RICHTER, 2007).
Dentre os diversos tipos de contaminantes atualmente já identificados em corpos hídricos, estão os compostos de ferro e manganês, os quais podem ser encontrados nos recursos hídricos dissolvidos ou precipitados, associados (complexados) ou não à matéria orgânica (MORUZZI & REALI, 2012).
O ferro é um dos elementos mais abundantes presentes na superfície terrestre, podendo ser encontrado nas águas tendo como origem os solos e os minerais, de tal forma que a dissolução destes, tal como a decomposição de matéria orgânica no próprio manancial ou no seu entorno refletem a presença do metal em mananciais para abastecimento público (CASTAÑEDA, 2010; MORUZZI & REALI, 2012; RAMOS, 2010). Rejeitos industriais, mineração, indústria do aço e corrosão de metais são
outras formas de acesso do ferro nas águas. Em muitos procedimentos industriais é necessária a eliminação do ferro da água utilizada nas operações, tal como na água de abastecimento, uma vez que pode causar diversos problemas, como coloração avermelhada e odor (CHATURVEDI & DAVE, 2012). Também são efeitos adversos a turbidez conferida à água, o crescimento de bactérias ferruginosas na rede de abastecimento, a presença de precipitados em máquinas de lavar, boilers, etc (BARLOKOVÁ & ILAVSKÝ, 2009).
O manganês é um elemento usualmente encontrado dissolvido em lençóis subterrâneos, e suas propriedades organolépticas conferem-lhe o caráter de poluente (TAFFAREL & RUBIO, 2010). Seus malefícios na água são similares àqueles gerados pelo ferro, porém, mais graves; sua presença quase sempre está junto a do ferro, porém em quantidade significativamente menor (AZEVEDO NETTO & RICHTER, 2007; EL ARABY, HAWASH & EL DIWANI, 2009).
No estado do Paraná, é registrada a ocorrência de concentrações elevadas de ferro e manganês em mananciais de abastecimento utilizados para abastecimento público, sendo sua presença identificada em 12% dos mananciais superficiais em exploração, 4% dos mananciais subterrâneos em exploração, 27% dos mananciais superficiais com capacidade de exploração e 43% dos mananciais subterrâneos com capacidade de exploração (SANEPAR, 2013a citado por PAZ, 2016). Paz (2013) citado por Paz (2016) delineia a presença de concentrações dos metais em mananciais de abastecimento, por exemplo, localizados no município de Castro-PR. O processo de remoção de ferro e manganês mais largamente utilizado envolve a oxidação das espécies solúveis destes metais, convertendo-os para espécies insolúveis, nas formas de hidróxidos e óxidos, quando da aplicação de um agente oxidante, podendo, então, serem removidos por filtração (SALEM, EL-AWADY & AMIN, 2012). Os métodos convencionais descritos na bibliografia destacam o uso de oxidantes como oxigênio, cloro, ozônio ou permanganato de potássio (CHOO, LEE & CHOI, 2005).
Dantas et al. (2011) esclarecem que a utilização de oxidantes à base de cloro na água pode resultar na formação de subprodutos considerados nocivos à saúde humana, tais como trihalometanos, ácidos haloacéticos, halocetonas, etc. E Moruzzi e Reali (2012) afirmam que os sistemas de aeração-filtração apresentam alto custo inicial e, ainda, que a presença de manganês em concentrações maiores que 1,0 mg.L-1 pode exigir tratamento complementar com oxidantes químicos.
Nesse contexto, um método não convencional de remoção destes metais, é o uso de zeólitas agindo como filtro adsorvente (VISTUBA, 2010). As zeólitas são materiais de estrutura tridimensional compostas de aluminossilicatos, que possuem cavidades que permitem a movimentação de moléculas de água e onde ocorrem trocas iônicas com o alumínio estrutural.
Objetivando a aplicação de um sistema mais eficaz de remoção dos metais de ferro e manganês, foi proposto nesta pesquisa o emprego de um filtro rápido por gravidade utilizando-se de zeólita adsorvente como meio filtrante empregando água de dois mananciais superficiais no estado do Paraná. Também é avaliada a possibilidade de remoção dos metais em sua forma dissolvida, sem a aplicação de agente oxidante.
2 OBJETIVOS
2.1 GERAL
Avaliar a remoção de ferro e manganês de água para abastecimento público através de filtração adsortiva, em escala de bancada de laboratório e em filtro em escala piloto.
2.2 ESPECÍFICOS
a) comparar, em escala de bancada de laboratório, a remoção de ferro e manganês obtida com zeólita, e as remoções obtidas em areia e carvão antracito, bem como as remoções de turbidez e cor aparente;
b) avaliar a adição prévia de cloro como agente oxidante, visando estabelecer se há necessidade, ou não, de uma etapa de pré-oxidação;
c) avaliar a remoção de ferro e manganês em filtro piloto instalado na ETA de Castro-PR, para dois mananciais de águas subterrâneas.
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 METAIS NA ÁGUA
A água coletada de mananciais para posterior tratamento e distribuição contém contaminantes que impossibilitam seu consumo imediato. Dentre estes contaminantes, encontram-se os chamados metais, em especial os metais pesados (OLIVEIRA, 2011).
A origem destes metais pode, conforme Hoppen et al. (2006) advir do escoamento superficial urbano, como através de despejos industriais que contaminam corpos hídricos utilizados para abastecimento urbano. Alguns destes metais apresentam toxicidade que pode prejudicar o próprio tratamento.
Phipps (1981 citado por LEITE, 2002) apresenta a definição de metais como elementos como capacidade de formar íons metálicos, sob determinadas condições biológicas, e têm-se utilizado o termo tanto para compostos, como para elementos. Pode-se apresentar a seguinte classificação dos metais, de acordo com suas características químicas:
a) Metal – Traço: são aqueles encontrados em algumas fontes características, com plantas ou águas subterrâneas, em concentrações baixas;
b) Metal – Disponível: é aquele encontrado numa configuração de fácil assimilação por um organismo vivo;
c) Metal – Pesado ou Metal de Transição: assim considerado devido a sua capacidade de criar ligações com substâncias orgânicas e inorgânicas, porém tem seu termo associado aos metais com número atômico maior que 20, no entanto sem consenso;
d) Metal – Essencial: é o metal necessário para um organismo completar seu ciclo de vida, sendo sua falta prejudicial e resultante em deficiência.
A liberação destes contaminantes, como explicitado por Pathak et al. (1994) podem atingir até mesmo camadas subterrâneas com reservas hídricas, comprometendo-as, visto que metais na água permanecem mais tempo do que poluentes orgânicos.
Dentre outras formas de acesso dos metais na água, pode-se destacar, como citam Freitas, Brilhante e Almeida (2001), a entrada através do próprio sistema de
abastecimento da água, por meio de corrosão química ou microbiológica; Libânio (2005) apresenta os processos de lixiviação de áreas de mineração e garimpo.
O comportamento dos metais na água pode sofrer interferência do pH local, cuja diminuição pode aumentar a velocidade de oxidação dos mesmos, podendo resultar em corrosão e entupimento de tubulações nas canalizações de distribuição (FRANCO, 2009)
A remoção de metais na água conta com uma série de processos e tecnologias, como troca iônica, eletrodeposição, precipitação e osmose reversa, sendo a precipitação a mais utilizada, porém com empecilhos como custo, falta de seletividade e operação (TARLEY & ARRUDA citados por LAUS et al., 2006; JUANG & SHAO citados por LAUS et al., 2006).
3.2 FERRO E MANGANÊS NA ÁGUA
Azevedo Netto e Richter (2007) destacam que o ferro (Fe) e o manganês (Mn) são elementos que podem ser encontrados juntos, quando presentes em corpos hídricos. O ferro é um elemento mais abundante que o manganês, sendo este, quando existente, quase sempre está presente junto àquele.
3.2.1 Ferro
Conforme Di Bernardo e Paz (2008), o ferro é um metal em abundância na crosta terrestre, sendo, em sua maioria, encontrado em forma de óxido insolúvel. Dados da OMS (1996 citado por DI BERNARDO & PAZ, 2008) destacam que a maioria dos corpos hídricos contendo ferro o tem em concentrações menores que 0,7 mg.L-1, porém há registros de concentrações em águas subterrâneas anaeróbicas superiores a 50 mg.L-1.
O ferro pode ser encontrado na natureza em duas espécies químicas: íons divalentes ou ferrosos (Fe II ou Fe2+) e íons trivalentes ou férricos (Fe III ou Fe3+), em forma livre ou complexada à matéria orgânica, em estado coloidal ou disperso. Quando se encontra em condições de presença de oxigênio, em ambientes aeróbios, o ferro em estado ferroso (Fe2+), que é solúvel, oxida-se para o íon férrico (Fe3+), o qual é insolúvel (VISTUBA, 2010). Em águas subterrâneas, onde o acesso de oxigênio é dificultado, a presença é maior de Fe II, enquanto que em águas naturais superficiais, onde o acesso do oxigênio é facilitado, a presença predominante é de Fe III.
Bury e Grosell (2003) evidenciam que o ferro é um importante componente no organismo da maioria dos seres vivos, à medida que compõe a atividade de respiração celular e eleva a capacidade de condução de oxigênio, uma vez que está presente na hemoglobina. Porém, índices elevados do mesmo podem acarretar toxicidade.
Alguns organismos com predisposição genética que aponte para alta acumulação de ferro no organismo podem sofrer com problemas de saúde, tais como disfunções do fígado e pâncreas, após tempo de exposição elevado (AWWA, 2002 citado por DI BERNARDO & PAZ, 2008). É sabido que pode ocorrer normal absorção de ferro pelo organismo mesmo em exposições a concentrações cinco a dez vezes maior, porém após um longo tempo problemas podem surgir, tais como lesão pancreática com diabetes, cirrose hepática, possibilidade de carcinoma hepático, etc (LIMA & PEDROZO, 2001).
Dentre as formas predominantes do ferro na natureza, as mesmas são dependentes do pH (MORUZZI & REALI, 2012). O ferro II pode ser encontrado a hidróxidos, formando espécies solúveis como FeOH+ e Fe(OH)
3-; o ferro III pode formar espécies solúveis como FeOH++, Fe(OH)2+ e Fe(OH)4- e espécies insolúveis como Fe(OH)3. A formação de precipitados de ferro ocorre em valores de pH maiores que 6,5 (CLEASBY, 1983 citado por MORUZZI & REALI, 2012).
As bibliografias de Azevedo Netto e Richter (2007) e Di Bernardo e Paz (2008), com citações de Moruzzi e Reali (2012) apresentam que graus excessivos de ferro podem resultar nos seguintes inconvenientes:
Formação de incrustados nas tubulações de água, os quais podem gerar maiores perdas de carga, diminuição da capacidade de condução por obstrução, podendo exigir substituição de total ou parte da tubulação;
Formação de manchas em aparelhos sanitários, roupas e tecidos, prejudicando inclusive processos industriais;
Geração de gosto desagradável (amargo), dificuldade na preparação de café e chá;
Possibilidade de coloração marrom-amarelada e turbidez na água de abastecimento;
Ambiente propício para o desenvolvimento de bactérias aderentes ao ferro (bactérias ferruginosas ou ferrobactérias), tais como as do gênero Crenothrix,
Frenothrix, Spyrophilum, Leptothrix Clonothrix, entre outras, que podem ser nocivas.
A ocorrência de complexação, ou seja, a associação formando compostos coordenados ou complexos de metais com matéria orgânica elevam o grau de solubilidade do ferro em águas, mantendo-os muito solúveis e tornando a remoção complicada. Este fato pode ser verificado em águas com coloração, decorrência da presença de matéria orgânica (compostos húmicos) em decomposição. (RAMOS, 2010; MORUZZI & REALI, 2012).
3.2.2 Manganês
A dissolução de minerais tais como sulfito mangânico, rodocrosita, manganita, pirolusita e hausmanita originam a presença de manganês na água. Quase sempre na presença do ferro, é um metal com presença significativa menor do que o ferro na crosta terrestre, sendo comumente encontrado em concentrações entre 0,001 mg.L-1 e 0,6 mg.L-1, porém com índices que podem variar de 1,3 mg.L-1 a 9,6 mg.L-1 em águas subterrâneas, em condições de anaerobiose (DI BERNARDO & PAZ, 2008).
Vistuba (2010) delineia a presença de manganês em águas naturais sob duas formas; a forma de íon divalente (Mn2+ ou Mn II), de baixa solubilidade; e a forma de íon polivalente (Mn4+ ou Mn IV), insolúvel, associado ao dióxido de manganês (MnO
2). Cleasby (1983 citado por MORUZZI & REALI, 2012) apresenta que o metal pode formar compostos solúveis como Mn(OH)3- e o MnOH+, enquanto que também pode originar espécies insolúveis, como já exposto, MnO2, mas também Mn(OH)2 e MnCO3. A formação de compostos pelo manganês também depende do pH, sendo de difícil ocorrência, uma vez que os precipitados de manganês ocorrem em valor de pH maior que 8.
Os inconvenientes gerados pela presença de manganês nas águas podem ser considerados os mesmos daqueles gerados pela ferro (DI BERNARDO & PAZ, 2008). Consoante ao exposto em Martins e Lima (2001), do mesmo modo que o ferro, o manganês é um elemento de importância para a fisiologia animal, sendo essencial para os animais e os homens; encontra-se na atividade celular e suas maiores concentrações estão associadas às maiores atividades metabólicas, sendo encontrado em órgãos como fígado e pâncreas e, em menores concentrações, na pele, bexiga, ossos, testículos, útero, etc. Os mesmos autores citam que a toxicidade do metal via oral ou dérmica é baixa, visto que o elemento é de baixa solubilidade, no
entanto uma exposição a altas concentrações pode resultar em inflamação nos pulmões. Alguns efeitos como tosse seca, fadiga, dor de cabeça, entre outros têm sido observados por Barceloux (1999 citado por MARTINS & LIMA, 2001) após muito tempo de exposição ao Óxido de manganês.
Quanto ao fenômeno de complexação, o qual é fortemente presente no ferro, para o manganês é mais raro, visto que a ligação entre Mn IV e (OH)- é muito forte, não havendo desprendimento com facilidade para posterior união com as substâncias orgânicas (MORUZZI & REALI, 2012).
3.3 REMOÇÃO DE FERRO E MANGANÊS
A exposição teórica de vários conceitos e métodos para remoção de ferro e manganês tem sido explanados, por exemplo, em Di Bernardo e Paz (2008), Vistuba (2010) e Moruzzi e Reali (2012). A tecnologia mais comumente usada para retirada destes compostos da água para abastecimento é a oxidação dos metais, com a formação precipitados que possam ser removidos por sedimentação e/ou filtração nas estações de tratamento de água. Para tal, deve atentar-se ao pH do meio, para efetiva formação destes precipitados.
A oxidação consiste na aplicação de reagentes potencialmente oxidantes, como cloro, permanganato de potássio (KMnO4), dióxido de cloro (ClO2) e ozônio (O3), ou até mesmo na aplicação de ar dissolvido, mediante tecnologias como bocais aspersores, ar difuso e agitadores. Moruzzi e Reali (2012), além de expor a respeito da oxidação, também apresentam a troca iônica como uma opção a situações onde a concentração é geralmente baixa (menor que 0,5 mg.L-1).
Estes métodos, ditos convencionais, possuem o inconveniente, conforme Vistuba (2010), de demandar a implantação de um número maior de etapas na operação de uma Estação de Tratamento de Água (ETA), delineando maiores custos com reagente e energia, além do risco de formação de subprodutos prejudiciais ao consumo humano.
Alguns métodos considerados não convencionais também são registrados por Vistuba (2010), como a Filtração Biológica, a Filtração em Membranas e a Filtração Adsortiva.
Dantas et al. (2011) discorrem sobre a remoção de ferro e manganês em água com matéria orgânica complexada, através de pré-oxidação com cloro, coagulação,
filtração e adsorção em carvão ativado granular. Foi avaliada também a remoção de cor, visto que sua ocorrência é indicativa da presença de matéria orgânica na água.
A pesquisa caracterizou-se pela determinação das condições ideais de pré-oxidação e coagulação e ensaios propriamente ditos de pré-pré-oxidação, coagulação e filtração, com areia e carvão ativado granular (DANTAS et al., 2011).
Foi registrada uma dosagem necessária de cloro de 27,3 mg.L-1, para a qual as remoções de ferro e manganês correspondentes foram de 76% para o primeiro e entre 30% e 55% para o segundo (DANTAS et al., 2011).
Nos ensaios de filtração somente em areia, ocorreu remoção de ferro de 92% e de manganês de 36%, com pH de coagulação de 4,49. Foi identificada a formação de trihalometanos, subprodutos cancerígenos das reações do cloro na água, acima dos limites permitidos pela Portaria 518 (BRASIL, 2004), de Padrão de Potabilidade, igual a 0,1 mg.L-1. A Portaria utilizada atualmente é a 2914 (BRASIL, 2011), cujo limite máximo também é 0,1 mg.L-1 (DANTAS et al., 2011).
Os resultados de filtração em areia junto de carvão ativado granular, nas condições ótimas, resultaram nos melhores índices de remoção dos metais, de abaixo dos limites impostos pela Portaria 518 (2004), de 0,30 mg.L-1 e 0,10 mg.L-1. A atual Portaria 2914 (2011) apresenta os mesmos limites máximos: 0,30 mg.L-1 para ferro e 0,10 mg.L-1 para manganês (DANTAS et al., 2011).
El Araby, Hawash e El Diwani (2009) aplicaram como método oxidativo para remoção de ferro e manganês da água para abastecimento o ozônio (O3). Os autores tiveram como objetivo a conversão das formas de Fe2+ e Mn2+ para as formas Fe+3 e Mn4+, respectivamente, através da formação dos hidróxidos de ferro e manganês (Fe(OH)3 e MnO2, respectivamente).
Foi elaborada água de estudo sintética e aplicada em reator de vidro, a qual misturou-se ao ozônio, e deixado em repouso durante 5 minutos, sendo retirado seu sobrenadante após esse tempo para leitura das concentrações remanescentes de ferro e manganês (EL ARABY, HAWASH & EL DIWANI, 2009).
Para menores doses de ozônio, cerca de 1,25 mg.L-1, houve remoção significativa de ferro, enquanto o manganês apresentou boa remoção apenas após a aplicação de doses maiores, cerca de 2,0 mg.L-1. A dosagem considerada ideal para boa remoção de ambos metais foi de 3,0 mg.L-1. Acima deste valor, houve aumento da concentração do manganês remanescente, o qual é explicado pelos autores como um “excesso de oxidação” ocorrido para uma parcela deste metal, passando do
estado Mn2+ para um estado Mn7+, dissolvido, o qual confere à água uma coloração rosada. Para a dose de 3 mg.L-1, as remoções de ferro e manganês foram, respectivamente, de 96% e 83%. As concentrações remanescentes ficaram abaixo dos limites máximos da Organização Mundial da Saúde (OMS) para ferro e manganês, de 0,3 mg.L-1 e 0,1 mg.L-1, respectivamente (EL ARABY, HAWASH & EL DIWANI, 2009).
Quanto a variação do pH, a remoção de ferro resultou alta já para valores de pH em zona ácida, atingindo o ápice para um pH de aproximadamente 10. Para o manganês, remoções acima de 80% foram verificadas apenas para valores de pH acima de 9,0 (EL ARABY, HAWASH & EL DIWANI, 2009).
O trabalho desenvolvido por El Araby, Hawash e El Diwani (2009) comprovou a eficácia do uso do ozônio como forte agente oxidante, onde não houve necessidade de adição de nenhum reagente à base de cloro, evitando a formação de subprodutos prejudiciais à saúde humana, e inclusive a influência do pH na oxidação dos metais, em valores consoantes ao disposto em outras bibliografias (EL ARABY, HAWASH & EL DIWANI, 2009).
A pesquisa desenvolvida por Choo, Lee e Choi (2005) consistiu na aplicação de ultrafiltração em conjunção com uma etapa prévia de cloração por gás cloro (Cl2). Parte da água filtrada foi deslocada para uma unidade de ultrafiltração por membranas, sendo algumas amostras coletadas para testes em laboratório.
Na água bruta foram adicionados cloreto de ferro (FeCl2) e cloreto de manganês (MnCl2) para inserção de concentrações conhecidas, sendo ajustadas ao final para 1,0 mg.L-1 de ferro e 0,5 mg.L-1 de manganês (CHOO, LEE & CHOI, 2005).
Condições de ultrafiltração com e sem pré cloração foram desenvolvidas, para verificação da remoção de metais. Os resultados apontaram que mais de 70% do ferro foi removido sem a necessidade de cloração, sendo tal fato associado a presença de oxigênio dissolvido na água, o qual provocou a oxidação do composto. O manganês, entretanto, teve reduções significativas quando não houve aplicação de cloro, sendo maximizadas com a adição de cloro em dosagens de 2,0 a 3,0 mg.L-1, atingindo 80% de remoção. Nas membranas, foram registradas ocorrências de incrustações, devido aos precipitados formados de manganês (CHOO, LEE & CHOI, 2005).
Avaliando-se os resultados apresentados, observa-se que houve remoção de ferro e manganês sem a adição de cloro antes da ultrafiltração, significativa para o
ferro e insignificante para o manganês, fatos explicados por Choo, Lee e Choi (2005) como ocorridos devido à oxidação pelo oxigênio do ar presente nas amostras.
Os trabalhos revisados da bibliografia indicam que a maioria das tecnologias testadas para remoção de ferro e manganês utilizaram de etapas oxidativas, na intenção de formar precipitados dos metais, de maneira a retê-los posteriormente. Detalhe relevante em grande parte dos trabalhos é o uso de reagentes à base de cloro para provocar esta oxidação, o qual pode provocar formação de subprodutos.
3.4 MÉTODO DE REMOÇÃO DE FERRO E MANGANÊS POR FILTRAÇÃO ADSORTIVA EM ZEÓLITAS
Conforme a Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA – Environmental Protection Agency) (1993), a adsorção é um processo de ligação de espécies químicas sobre a superfície de partículas suspensas, chamadas adsorventes. Estas partículas, para desenvolverem a adsorção, necessitam da deposição de uma camada de óxido de ferro. Para uma faixa mais ampla de pH, é possível remover metais em níveis muito mais baixos do que nos processos de precipitação. A filtração adsortiva pode ser realizada em regiões onde a precipitação por oxidação não for possível (condições anóxicas) (EPA, 1993; CHATUVERDI & DAVE, 2012).
A filtração adsortiva é conceituada em Katsoyiannis e Zoubolis (2002) como uma tecnologia onde é possível a remoção de contaminantes da fase líquida. A aplicação da camada fina de óxidos de ferro sobre os grãos permite ao leito remover por sorção metais pesados solúveis e, simultaneamente, por filtração, metais precipitados particulados.
Dal Bosco, Jimenez e Carvalho (2004) definem zeólitas como materiais minerais constituídos de uma estrutura tetraédrica tridimensional de SiO4 e AlO4; possuindo cavidades de tamanho molecular, onde é possível a passagem de moléculas de água, sendo possível a ocorrência de troca iônica devido a um desbalanceamento de cargas envolvendo o Alumínio trivalente. Sua alta superfície específica decorrente da porosidade das partículas potencializa essa capacidade de troca iônica.
Os primeiros materiais zeolíticos foram detectados em rochas sedimentares vulcanogênicas e desde então têm sido observados em outras partes do mundo, tendo sido utilizados como materiais de alta capacidade adsorvente, em processos catalíticos, indústrias da construção, agricultura etc. (WANG & PENG, 2009).
Na Figura 01 é apresentado um esquema de representação da estrutura de uma zeólita, identificando sua alta área superficial e os sítios de troca iônica. Já na Figura 02 há uma imagem microscópica de algumas partículas, sendo possível a visualização de sua estrutura porosa.
FIGURA 01: ESQUEMA DE REPRESENTAÇÃO DA ESTRUTURA DE UMA ZEÓLITA
Fonte: Celta Brasil (20--)
FIGURA 02: VISUALIZAÇÃO MICROSCÓPICA DE PARTÍCULAS DE ZEÓLITAS
Fonte: Celta Brasil (20--)
As zeólitas são classificadas conforme sua composição química. Os tipos mais comumente encontrados são as Clinoptilolitas, Mordenitas, Phillipsitas, Cabazitas, Stilbitas, Analcimas e Laumontita, enquanto Offretitas, Paulingitas, Barreritas e Mazzitas são espécies mais raras, sendo todas elas denominadas de zeólitas naturais (WANG & PENG, 2009). Os mesmos autores apresentam uma tabela com a estrutura química de algumas zeólitas naturais, como evidenciado no Quadro 01.
QUADRO 01: ESTRUTURA QUÍMICA DE ALGUMAS ZEÓLITAS NATURAIS
Fonte: Adaptado de Wang e Peng (2009)
Dentre os vários tipos de zeólitas naturais disponíveis, a Clinoptilolita é a mais abundante e mais amplamente utilizada, apresentando, dependendo do local de sua obtenção, sensíveis alterações na proporção de seus componentes químicos, conforme Wang e Peng (2009). Baroloková e Ilavský (2009) destacam algumas vantagens das zeólitas como suficiente mecanismo de resistência, estabilidade química e valores de abrasão.
A tecnologia de filtração adsortiva em zeólitas é abordada no trabalho de Tarasevich et al. (2012) para remoção de manganês de água artesiana, através da oxidação pelo oxigênio do ar na presença de um catalisador depositado sobre a superfície do grão de material filtrante. Foi utilizado dióxido de manganês (MnO2) como catalisador na oxidação da forma solúvel do manganês, Mn II.
A deposição utilizada constou da aplicação de permanganato de potássio (KMnO4) para oxidação de MnO2 sobre a superfície externa de grãos de zeólita do tipo Clinoptilolita, provocando quimissorção do MnO2 nos grãos correspondentes. Para a fixação de MnO2 sobre o grão, foi aplicada solução de nitrato de manganês (Mn(NO3)2) (TARASEVICH et al., 2012).
De modo a avaliar a capacidade sorvente e catalítica do material modificado, para avaliação principalmente do manganês, foi estabelecido um processo de tratamento da água de um poço artesiano em dois estágios. O primeiro focou na
Ca4Al8Si12O40·12H2O Na2Ca4Al10Si26O72·30H2O Na16Al16Si32O96·16H2O Ca4Al8S16O48·16H2O (Na2K2MgCa1.5)4Al8Si28O72·28H2O (Na2, K2, Ca, Mg)3Al6Si30O72·20H2O Stilbita Analcima Laumonita Erionita Ferrierita Fórmula Química (K2, Na2, Ca)3Al6Si30O72·21H2O (Na2, Ca)4Al8Si40O96·28H2O (Ca, Na2,K2)2Al4Si8O24·12H2O K2(Ca, Na2)2Al8Si10O32·12H2O Zeólitas Clinoptilolita Mordenita Cabazita Phillipsita Scolecita
remoção de ferro através de aeração e passado através de zeólitas industriais. O segundo tratou da passagem da água filtrada do primeiro filtro por uma segunda coluna de filtração piloto, na qual foram estabelecidos tanques contendo Mn(NO3)2 e KMnO4 para permitir a modificação da zeólita na coluna. A filtração foi realizada durante um tempo de 168 horas, com leituras após a primeira e segunda filtrações em tempos não equidistantes. As concentrações iniciais de ferro e manganês oscilavam entre 4,9 e 5,2 mg.L-1 para o primeiro e 1,16 e 1,44 mg.L-1 para o segundo (TARASEVICH et al., 2012).
Os resultados registrados permitiram observar que o ferro foi removido quase que em totalidade após a primeira filtração, relatando concentrações remanescentes que oscilaram entre 0,12 e 0,45 mg.L-1, e remoção quase completa após a passagem pela zeólita modificada (TARASEVICH et al., 2012).
Quanto ao manganês, a remoção após passagem pelo primeiro filtro foi quase nula. Após a passagem pelo filtro com Clinoptilolita modificada, a remoção foi praticamente de 100% em quase todas as amostras coletadas. Fato este evidenciou que a tecnologia empregada pelos autores, impregnando MnO2 na superfície externa de zeólitas, para remoção principal de manganês, foi efetiva (TARASEVICH et al., 2012).
No trabalho de Barlloková e Ilavský (2009), foi utilizada zeólita do tipo Clinoptilolita modificada por procedimento de impregnação de um filme oxidado (conforme autores) de óxidos de manganês (MnOx) sobre a superfície dos grãos. É destacado que não apenas o permanganato de potássio (KMnO4) pode ser utilizado para tal fim, como também outros reagentes com alta capacidade oxidante.
A zeólita natural utilizada foi originada em depósitos ricos neste mineral na região leste da Eslováquia. A zeólita modificada, denominada Klinopur-Mn foi produzida e fornecida por uma empresa especializada no próprio país (BARLOKOVÁ & ILAVSKÝ, 2009).
O objetivo do trabalho resumiu-se em comparar a remoção de ferro e manganês da água para abastecimento pela zeólita modificada com a remoção obtida por um material denominado Birm, conceituado como um mineral originado da pedra- pomes (BULFIN, 2012), utilizado para remoção de compostos de ferro e manganês através de sua oxidação no meio filtrante pelo filme de óxido de manganês impregnado em sua superfície e importado dos Estados Unidos (EUA), e também com areia modificada utilizada na ETA da cidade de Holíč, na Eslováquia. Foram avaliados
parâmetros além da remoção, como tempo dos ciclos de filtração, regeneração dos materiais dos filtros com KMnO4 e quantidade de água utilizada para retrolavagem. A zeólita modificada produzida no próprio país demonstrou-se ser um material de aquisição muito mais barata do que o Birm importado dos EUA (BARLOKOVÁ & ILAVSKÝ, 2009).
Os resultados demonstraram que a remoção de ferro foi satisfatória em relação as concentrações remanescentes de manganês durante todo o tempo de filtração, não havendo necessidade de regeneração das zeólitas, neste tempo. A remoção de manganês, entretanto, exigiu regeneração do meio filtrante após 148 horas de operação no primeiro ciclo, 281 horas no segundo ciclo e 462 horas no terceiro ciclo. Os limites máximos utilizados para as concentrações de ferro e manganês na água para abastecimento foram 0,2 mg.L-1 e 0,05 mg.L-1, conforme legislação local (BARLOKOVÁ & ILAVSKÝ, 2009).
Foi observado por Barloková e Ilávský (2009) que a Clinoptilolita modificada necessitava de regeneração após ciclos cada vez mais prolongados de filtração, o qual apontou, conforme autores, que após determinado tempo, o material não necessitará mais de regeneração por KMnO4.
Na comparação final entre os materiais apresentada, foi constatado que a Klinopur-Mn foi um material satisfatório na remoção dos metais de ferro e manganês, conforme concentrações remanescentes, tal como o Birm, que, entretanto, possui um custo maior de aquisição. O comportamento verificado, de ciclos de filtração cada vez mais prolongados antes da necessidade de regeneração assemelhou-se ao comportamento da areia.
O trabalho desenvolvido por Barloková e Ilávsky (2009) demonstrou que a zeólita modificada do tipo Clinoptilolita (Klinopur-Mn) foi eficaz na remoção dos metais de ferro e manganês, sendo sua aquisição de menor custo para o caso em questão, diante da importação do Birm. Foi também verificado pelos autores que o volume de água de lavagem necessária pelo filtro de zeólita foi menor do que o necessário pela areia, evidenciando uma vantagem. A afirmação a respeito da dispensa de regeneração por KMnO4 da zeólita após determinado tempo não é comprovado na pesquisa, sendo uma dedução própria dos autores, após análise dos ciclos de filtração. Em nenhum momento foi exposto na pesquisa se houve ou não algum procedimento de oxidação dos metais antes da passagem pelas colunas filtrantes.
4 MATERIAIS E MÉTODOS
A pesquisa realizada foi dividida em duas etapas: uma etapa de bancada, realizada em Irati-PR; e uma etapa realizada em unidade de filtração piloto, localizada na ETA de Castro-PR, da SANEPAR.
O caráter dos ensaios foi qualitativo, visando a identificação da remoção, ou não, dos compostos de ferro e manganês da água de estudo, pela aplicação de filtração adsortiva, na utilização de leito filtrante composto por zeólitas, e sua comparação com leitos de areia e carvão antracito, comumente utilizados no tratamento de água em unidades de tratamento no Brasil.
4.1 ETAPA DE FILTRAÇÃO EM ESCALA DE BANCADA DE LABORATÓRIO
A etapa de bancada foi desenvolvida no Bloco H da Universidade Estadual do Centro Oeste (UNICENTRO), no campus de Irati-PR, no Laboratório de Saneamento Ambiental e Qualidade da Água e no Laboratório de Processos Biológicos e Tratamento de Resíduos (Departamento de Engenharia Ambiental – DENAM). Na Tabela 01 está demonstrado quais ensaios foram desenvolvidos em cada um dos laboratórios.
Na Tabela 01 estão apresentados os equipamentos que foram utilizados na determinação de cada um dos parâmetros físico-químicos avaliados e respectivas metodologias empregadas em cada um dos casos.
TABELA 01: EQUIPAMENTOS E METODOLOGIA UTILIZADOS PARA DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS AVALIADOS NOS ENSAIOS DE BANCADA
Fonte: O Autor Método Espectrofotométrico (2120 C) (AWWA/APHA, 1999) Método Nefelométrico (2130 B) (AWWA/APHA, 1999) Cor Aparente e Verdadeira Turbidez Parâmetro
Potenciometria com eletrodo combinado (4500-H.B) (AWWA/APHA, 1999)
Método do Tiocianato (Merck, 19--) Método da Formaldoxima (Merck, 1977)
Metodologia Equipamento Manganês Total Ferro Total pH Espectrofotômetro Hach DR 6000 UV-VIS Espectrofotômetro Hach DR 6000 UV-VIS Espectrofotômetro Hach DR 6000 UV-VIS Turbidímetro Hach 2100Q pHmetro PHS-3B
Na Figura 03 são apresentados os equipamentos de laboratório utilizados na determinação dos parâmetros físico-químicos em escala de bancada de laboratório.
FIGURA 03: EQUIPAMENTOS EMPREGADOS NA DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS
Fonte: O Autor
Para as leituras de concentração de ferro Total e manganês Total em espectrofotômetro, para a metodologia adotada, foram adquiridos kit’s de leitura da empresa Alfakit para cada um dos casos. O desenvolvimento do ensaio para leitura das concentrações foi realizado em conformidade com os procedimentos descritos pelo fornecedor citado, para os kit’s em questão. Não foi realizada digestão prévia das amostras, uma vez que não foi realizado estudo de complexação do ferro e manganês na matéria orgânica possivelmente contida na água bruta.
4.1.1 Curvas de ferro e manganês
Foi realizada a confecção de curvas de Absorbância x Concentração para inserção no equipamento, a fim de se desenvolver uma equação própria de cada kit, e permitir a leitura dos parâmetros.
Para a confecção das curvas, levou-se em conta os limites de detecção mínimo e máximo de cada kit, fornecidos pelo fornecedor (Alfakit), como também o comprimento de onda necessário para a leitura dos metais. Os dados correspondentes são apresentados na Tabela 02:
TABELA 02: LIMITES DE DETECÇÃO MÍNIMOS E MÁXIMOS DOS KIT’S DE FERRO E MANGANÊS E COMPRIMENTO DE ONDA PARA LEITURA EM ESPECTROFOTÔMETRO
Fonte: O Autor
O desenvolvimento das curvas foi realizado com padrões de ferro e manganês de concentração 100 mg.L-1 (± 0,06 mg.L-1), obtidos com o mesmo fabricante, de maneira a garantir a qualidade e a precisão dos ensaios.
O procedimento de confecção das curvas para inserção no espectrofotômetro compreendeu a elaboração de diluições com água destilada em balões volumétricos de 100 ml, com concentrações conhecidas dos compostos, obedecendo-se os limites de detecção, para leitura das absorbâncias nos comprimentos de onda apresentados. As montagens finais dos balões volumétricos, com as concentrações impostas e as absorbâncias obtidas posteriormente, para as curvas de ferro e manganês, estão compreendidas nos esquemas das Figuras 04 e 05.
Ferro Manganês 480 450 5,0 3,0 0,1 0,1 Limite Mínimo (mg.L-1) Limite Máximo (mg.L-1) Comprimento de onda (nm) Parâmetro
FIGURA 04: DILUIÇÕES CONFECCIONADAS PARA A CURVA DE FERRO
Fonte: O Autor
FIGURA 05: DILUIÇÕES CONFECCIONADAS PARA A CURVA DE MANGANÊS
Fonte: O Autor
4.1.2 Coleta e Caracterização das Amostras
O estudo em etapa de bancada foi desenvolvido para a água bruta coletada na Estação de Tratamento de Água (ETA) de Irati-PR.
A ETA possui o tratamento em ciclo completo, para uma vazão de aproximadamente 250 m³/h, abastecendo todo o município.
FIGURA 06: ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA EM IRATI-PR
Fonte: Google Maps (2017)
O sistema coleta a maior parte do seu volume de água para abastecimento dos rios Imbituvão (uma captação) e Nhapindazal (duas captações), corpos hídricos próximos à Irati-PR. Conforme estabelecido na Portaria Surehma Nº 003/91, de 21 de março de 1991, ambos os rios, pertencentes à bacia do Rio Tibagi, são designados como rios de Classe 02.
A vazão de captação da ETA é composta, em aproximadamente 90%, de água proveniente da captação do Rio Imbituvão, e aproximadamente 10%, de água proveniente das captações do Rio Nhapindazal. Em determinadas ocasiões, a captação é 100% feita no Imbituvão.
Para a etapa de mistura rápida na estação, é utilizado como coagulante o Cloreto de Polialumínio (PAC), e, antes da entrada na estação, é aplicado um geocálcio, com função de auxiliar de floculação.
Para a coleta de amostras, a mesma foi realizada diretamente na ETA, em seu estado bruto, sem qualquer adição de produto químico. Optou-se por realizar as coletas em épocas de não ocorrência de chuvas, as quais alteram significativamente a turbidez das amostras. Para a realização dos ensaios, optou-se por trabalhar com uma faixa de turbidez da água bruta de 20 a 60 NTU. As mesmas permaneceram acondicionadas em galões em temperatura ambiente e homogeneizadas a cada realização de ensaio. Para os diagramas de coagulação, foram necessárias duas coletas de amostras, enquanto que para os ensaios de filtração, três coletas foram feitas, todas em dias diferentes.
A caracterização das amostras compreendeu a avaliação dos seguintes parâmetros físico-químicos: pH, turbidez, cor aparente e verdadeira, ferro e manganês.
4.1.3 Diagramas de Coagulação
Anteriormente aos ensaios de filtração adsortiva foram confeccionados os diagramas de coagulação para a água de estudo, a fim de determinar o melhor par de valores pH de coagulação x dosagem de coagulante, de modo a otimizar as etapas de coagulação, floculação e sedimentação, sempre tendo como parâmetro de controle a turbidez.
Para o desenvolvimento do diagrama de coagulação, necessitou-se estabelecer uma faixa de valores de trabalho para o pH e para a dosagem de coagulante PAC, o mesmo utilizado na ETA do estudo, portanto, também utilizado todos nos ensaios de laboratório, incluindo os de filtração.
Os valores de pH e dosagens utilizados na pesquisa são apresentados na Tabela 03.
TABELA 03: FAIXA DE VALORES DE pH E DOSAGEM DE COAGULANTE PAC UTILIZADOS PARA O DIAGRAMA DE COAGULAÇÃO
Fonte: O Autor
Os ensaios para elaboração dos diagramas foram todos realizados em Jar-Test, onde, para cada ensaio, fixou-se a dosagem do coagulante em todos os jarros e variou-se o pH de cada um, ajustando o pH da água bruta para os valores dispostos na Tabela 03. Os ensaios foram realizados em triplicata para cada dosagem de coagulante, totalizando quinze ensaios (cinco concentrações vezes três repetições). Um exemplo de configuração do ensaio nos jarros, para uma das concentrações,
Valores de Concentração de PAC (mg.L-1) Valores de pH 10 3,00 4,50 6,00 7,50 9,00 10,50 15 20 25 30
encontra-se apresentada na Figura 07. De forma análoga, a mesma configuração ocorre para as outras concentrações de coagulante.
FIGURA 07: ESQUEMA DE COMPOSIÇÃO DOS JARROS DO JAR-TEST PARA OS ENSAIOS DO DIAGRAMA DE COAGULAÇÃO, EXEMPLO PARA CONCENTRAÇÃO DE 10 mg.L-1
Fonte: O Autor
As características do coagulante PAC utilizado na ETA de Irati-PR estão apresentadas na Tabela 04. Para a utilização na estação de tratamento, é confeccionada uma solução do composto, e assim aplicado na água no processo de coagulação, nas dosagens necessárias.
TABELA 04: CARACTERÍSTICAS DO COAGULANTE PAC UTILIZADO NA ETA DE IRATI-PR
Fonte: O autor
Para o cálculo do volume de coagulante a ser adicionado nos jarros do Jar-Test para o ensaio, foi utilizada a fórmula apresentada por Di Bernardo, Dantas e Voltan (2011), na equação 01, a qual trata-se de uma adaptação da expressão clássica de diluição. 𝐷𝑝𝑞 =𝐶𝑠𝑜𝑙.𝑝𝑞. 𝑉𝑎𝑑 𝑉𝑗𝑎𝑟𝑟𝑜 461,421 1,260 Densidade (g.cm-3) Concentração solução (g.L-1) (1)
Onde:
Dpq: dosagem do produto químico resultante no jarro do equipamento (mg.L-1); Csol.pq: concentração da solução preparada do produto químico (g.L-1 ou mg.L-1); Vadicionado: volume da solução do produto químico adicionado (mL);
Vjarro: volume do jarro do equipamento Jar-Test, igual a 2 litros.
Cálculos prévios, para as dosagens requeridas nos jarros, partindo da concentração da solução confeccionada na ETA (461,421 g.L-1) resultaram em volumes adicionados nos jarros consideravelmente pequenos, abaixo de 1 mL. Di Bernardo, Dantas e Voltan (2011) recomendam, para os ensaios de tratabilidade da água, que os volumes adicionados estejam entre 1 mL e 20 mL, sendo necessária a diluição da solução inicial, para adequação a estes limites.
Visto isso, necessitou-se a confecção de uma nova solução de PAC, diluindo a solução anterior. Optou-se por trabalhar com uma concentração nova da solução de 20 g.L-1. Dessa maneira, os novos volumes adicionados, os quais encontram-se dispostos na Tabela 05, estabeleceram-se dentro dos limites.
TABELA 05: NOVOS VOLUMES ADICIONADOS NOS JARROS, APÓS DILUIÇÃO DA SOLUÇÃO DE PAC, PARA CONCENTRAÇÃO DE 20 g.L-1
Fonte: O autor
Antes do início de cada Jar-Test, realizou-se a adição de dosagem conhecida de ferro e manganês em cada jarro, aumentando a concentração já existente. As concentrações adicionadas foram de 3,2 mg.L-1 e 0,8 mg.L-1 de ferro e manganês, respectivamente. Estas adições obedeceram ao propósito, única e exclusivamente, de simular uma água bruta com condições problemáticas, na existência destes compostos. Para a adição dos metais, foram confeccionadas soluções de Sulfato ferroso Heptahidratado (FeSO4.7H2O) e Sulfato de manganês (MnSO4.H2O), para a adição dos metais de ferro e manganês, respectivamente, tendo em vista as massas
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 30 Vad (ml) Valores de Concentração (mg.L-1) 10 15 20 25
molares dos elementos e a equação 3, no cálculo dos volumes adicionados perante as dosagens requeridas.
Para a correção do pH da água bruta para os valores da Tabela 03, antes da realização do Jar-Test, foram utilizados Ácido Clorídrico 0,1 N (HCl 0,1 N), na diminuição do pH; e Hidróxido de Sódio 0,1 N (NaOH 0,1 N), base para aumento do pH. Ensaios preliminares foram realizados, de modo a verificar o volume necessário de ácido/base para a diminuição/aumento do pH para os valores de operação. Esses volumes de adição foram determinados com base na medição do pH bruto médio das amostras coletadas para a confecção dos diagramas de coagulação; foram necessárias duas coletas na ETA Iapó. A Tabela 06 apresenta os volumes utilizados para o ajuste de pH.
TABELA 06: VOLUMES DE ÁCIDO/BASE UTILIZADOS NA CORREÇÃO DO pH DA ÁGUA BRUTA
Fonte: O Autor
Tendo em vista que ambos valores de pH bruto das amostras resultaram muito próximos, os valores de volume adicionados de ácido e base mantiveram-se os mesmos nos dois casos.
Os ensaios de tratabilidade e a montagem dos diagramas de coagulação seguiu a metodologia descrita em Di Bernardo, Dantas e Voltan (2011). Foi avaliada a remoção de turbidez para três tempos de sedimentação: 2’20’’; 4’40’’ e 14’00’’, os quais representam, respectivamente, as velocidades de sedimentação das partículas de 3,0 cm/min; 1,5 cm/min e 0,5 cm/min; uma vez que a altura de coleta de água decantada, partindo da superfície, era de 7,0 centímetros, sendo possível chegar nos tempos de sedimentação estipulados.
Na Tabela 07 adiante é apresentado um resumo das condições de ensaio utilizadas na montagem do diagrama de coagulação.
3,0 4,5 6,0 7,5 9,0 10,5 Volume ácido (HCl 0,1N) (ml) 8 20 20 8 4 pH Jarro 4
Volume base (NaOH 0,1N) (ml)
TABELA 07: CONDIÇÕES DE ENSAIO NO JAR-TEST PARA CONFECÇÃO DOS DIAGRAMAS DE COAGULAÇÃO
Fonte: O Autor
Um aspecto visual apresentado pelo Jar-Test durante a realização dos ensaios encontra-se disposto na Figura 08.
3,0 1,5 0,5 2'20'' 4'40'' 14'00'' Concentração (mg.L-1) Vad (mL)*** Concentração (mg.L-1) Vad (mL)** Valores Vad (mL) Concentrações (mg.L-1) Vad (mL) Velocidades (cm.min-1) Tempos de coleta* Manganês Ferro pH Coagulante PAC 4 / 8 / 20 (NaOH) 3,0 / 4,5 / 6,0 20 / 8 / 4 (HCl) Velocidade (s-1) Tempo Velocidade (s-1) Valores Trabalhados Parâmetros 600 Floculação Mistura Rápida Correção de pH Tempo Velocidade (s-1) Tempo Sedimentação
(***) Para o cálculo do volume adicionado de Manganês, foi considerada a concentração de 800 mg.L-1 da solução confeccionada de MnSO4.H20
0'10'' 100 0'25''
(*) A coleta foi iniciada 5 segundos antes e finalizada 5 segundos depois dos tempos estipulados, conforme especificações de Di Bernardo, Dantas e Voltan (2011) (**) Para o cálculo do volume adicionado de Ferro, foi considerada a concentração de 3200 mg.L-1 da solução confeccionada de FeSO4.7H20
10 / 15 / 20 / 25 / 30 1,0 / 1,5 / 2,0 / 2,5 / 3,0 80 15'00'' 0,8 2,0 3,2 2,0 7,5 / 9,0 / 10,5
FIGURA 08: ASPECTO VISUAL DO ENSAIO EM JAR TEST PARA CONFECÇÃO DO DIAGRAMA DE COAGULAÇÃO
Fonte: O Autor
Foram desenvolvidos diagramas de coagulação para os três tempos de sedimentação avaliados, sendo selecionado o par ótimo pH de coagulação x dosagem de coagulante a partir da análise da turbidez remanescente, do tempo de sedimentação e do menor consumo de ácido ou base para correção do pH, bem como do coagulante. Para traçar graficamente os diagramas, foi utilizado o software Origin 8 SR4®, por meio de licença gratuita temporária. Com o ponto de operação selecionado e fixado, deu-se sequência aos ensaios em ciclo completo, incluindo, nesta etapa, os ensaios de filtração em bancada.
4.1.4 Ensaios de Filtração em Escala de Bancada de Laboratório
Para o ensaio de filtração em bancada, foram selecionados três leitos filtrantes para comparação; areia, carvão antracito e a zeólita WATERCEL ZF-0410®, sendo esta fornecida pela empresa Indústrias Celta Brasil Ltda., instalada na cidade de Cotia-SP.
A areia utilizada na pesquisa tem como especificações as características apresentadas na Tabela 08.
