UNISALESIANO
Centro Universitário Católico Salesiano Auxilium
Bacharelado em Química
Glauco Oliveira Santos
Carlos Augusto de Jesus Xavier
Luan da Silva Tomé
POLÍMERO NATURAL DE FÉCULA DE MANDIOCA
COMO AUXILIAR DE FLOCULAÇÃO EM TRATAMENTO
DE ÁGUA PARA ABASTECIMENTO PÚBLICO
LINS – SP
2012
GLAUCO OLIVEIRA SANTOS
CARLOS AUGUSTO DE JESUS XAVIER
LUAN DA SUILVA TOMÉ
POLÍMERO NATURAL DE FÉCULA DE MANDIOCA
COMO AUXILIAR DE FLOCULAÇÃO EM TRATAMENTO
DE ÁGUA PARA ABASTECIMENTO PÚBLICO
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado à Banca Examinadora
do
Centro
Salesiano
Universitário
Auxilium,
Católico
curso
de
Bacharelado em Química, realizado
sob a orientação do Prof. Me. Olayr
Modesto Júnior.
LINS – SP
2012
Santos, Glauco Oliveira; Xavier, Carlos Augusto de Jesus; Tomé,
Luan da Silva.
S235p
Polímero natural de fécula de mandioca como auxiliar de
floculação em tratamento de água para abastecimento público /
Glauco Oliveira Santos; Carlos Augusto de Jesus Xavier; Luan da
Silva Tomé. – – Lins, 2012.
45p. il. 31cm.
Monografia
apresentada
ao
Centro
Universitário
Católico
Salesiano Auxilium – UNISALESIANO, Lins-SP, para graduação em
Química Bacharelado, 2012.
Orientador: Olayr Modesto Junior
1. Polímero. 2. Fécula de Mandioca. 3. Tratamento de água.
I. Título.
CDU 54
GLAUCO OLIVEIRA SANTOS
CARLOS AUGUSTO DE JESUS XAVIER
LUAN DA SILVA TOMÉ
POLÍMERO NATURAL DE FÉCULA DE MANDIOCA
COMO AUXILIAR DE FLOCULAÇÃO EM TRATAMENTO
DE ÁGUA PARA ABASTECIMENTO PÚBLICO
Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado ao Centro Universitário Católico
Salesiano Auxilium, como requisito obrigatório, para obtenção do título de
Bacharel em Química.
Aprovado em: 04/12/2012.
Banca Examinadora:
Professor Orientador: OLAYR MODESTO JÚNIOR.
Titulação: Mestre em Química.
Assinatura: ______________________________.
1º Professor (a): JOÃO ARTUR IZZO.
Titulação: Mestre em Comunicação.
Assinatura: ______________________________.
2º Professor (a): FRANCISCO DE ASSIS ANDRADE.
Titulação: Mestre em Ciência dos Materiais, Física da Matéria Condensada.
Assinatura: ______________________________.
DEDICATÓRIAS
À minha mãe Alcemira, à minha esposa Rosilei e
ao meu filho Lucas, pessoas que lutam diariamente ao
meu
lado,
transmitindo
fé,
amor,
alegria,
determinação, paciência, e coragem, tornando os meus
dias mais felizes e bonitos. Sem vocês eu não seria
nada.
Glauco
À minha namorada Carla, que teve grande
participação em muitas das minhas conquistas, repito
aqui para que todos saibam “te amo hoje e sempre”.
Carla espero cada dia estar mais junto a ti; e à minha
mãe Maria com seu imenso carinho e amor sempre ao
meu lado me dando força quando foi necessário e
passando por todas as dificuldades comigo.
Luan
À minha esposa Cristiane que, durante os anos
em que levou esse curso, “segurou a barra” junto
comigo, lutou em casa para que eu pudesse alcançar
esse objetivo, “te amo muito“; e à minha mãe Ivany que
sempre deixou que eu estudasse mesmo passando
dificuldades nunca me tirou da escola, apoiando-me
para ser um homem de bem.
Carlos Augusto
AGRADECIMENTOS
À Deus, pela graça que nos concedeu de vencer todos os
obstáculos de nossas vidas que nos deu coragem para questionar
realidades e propor sempre um novo mundo de possibilidades.
Às nossas famílias, por sua capacidade de acreditar e
investir em nós.
Ao professor orientador Olayr Modesto Júnior por ter se
dedicado a nos ajudar, sempre trazendo melhorias ao nosso
trabalho, mostrando sempre o melhor caminho a seguir.
A todos os professores do curso de Bacharelado em Química,
por terem compartilhado seus conhecimentos.
Aos
nossos
amigos,
pelas
alegrias,
tristezas
e
dores
compartilhadas. Podemos dizer que a nossa formação, inclusive
pessoal, não teria sido a mesma sem a ajuda de vocês.
A todos aqueles que de alguma forma estiveram próximos de
nós, fazendo a nossa vida valer a pena cada vez mais.
Glauco / Carlos Augusto / Luan
“A mente que se abre a uma nova ideia
jamais volta ao seu tamanho original.”
Einstein
“O
homem
fraco
espera
pela
oportunidade; o homem comum agarra-a quando ela vem; o grande cria-a
como ele a quer.”
Adolf Tàrneros
RESUMO
Este trabalho mostra como pode ser produzido e utilizado o polímero de fécula
de mandioca (PFM) como auxiliar de floculação em tratamento de água para
abastecimento público. Teve-se como objetivo, testar a eficiência do PFM em
comparação ao polímero sintético poliacrilamida (PA), que hoje é o mais
utilizado para este fim. O tratamento com PFM, evita que a PA possa deixar na
água o seu monômero acrilamida que é altamente tóxico, e se a contaminação
ocorrer por um período de tempo longo pode-se até ter um efeito cancerígeno
em quem consome esta água. A grande dificuldade que se encontra na maior
parte das Estações de Tratamento de Águas (ETA), do Brasil, é o crescimento
populacional acelerado, ou seja, o rápido aumento na demanda de água
tratada. Devido à falta de investimentos para ampliação dos sistemas, a maior
parte delas trabalha acima da sua capacidade de produção, fazendo com que a
água produzida perca qualidade em detrimento da quantidade. As alternativas
para voltar a atender, adequadamente, as demandas atuais são: investimentos
para ampliação da ETAs existentes ou construção de novas e modificação no
processo para aumentar a velocidade de produção. Assim, é neste sentido que
se buscou através deste trabalho, avaliar os benefícios da utilização do PFM
para aumentar a velocidade de decantação de uma ETA, melhorando a
qualidade da água tratada, através da substituição de um polímero sintético,
por um natural e mais eficiente. Nos testes realizados com o PFM foi possível
constatar a sua eficiência, mostrando que realmente é possível substituir a
poliacrilamida pelo polímero natural de fécula de mandioca.
Palavras-chave: Química Industrial. Polímero de Fécula de Mandioca.
Tratamento de Água. Poliacrilamida.
.
ABSTRACT
This work shows how can be produced and used the cassava starch polymer
(PFM) as an aid to flocculation on treatment of water for public supply. Had as
goal, test efficiency PFM in comparison to synthetic polymer polyacrylamide
(PA), which today is the most widely used for this purpose. Treatment with
PMF, prevents the PA can let in water its monomer acrylamide that is highly
toxic, and if contamination occurs for a long period of time can even have a
carcinogenic effect in those who consume the water. The great difficulty that is
found in most water treatment plants (ETA), of Brazil, is the rapid population
growth, the rapid increase in the demand for treated water. Due to the lack of
investments for expansion of the systems, most of them works above its
production capacity, causing the water produced Miss quality rather than
quantity. The alternatives to meet current demand properly are: investments for
extension of existing and construction of new ETAs and modification in the
process to speed up production. It is in this sense that if sought through this
work, evaluate the benefits of the use of the PFM to speed up settlement of an
ETA, improving the quality of treated water through the replacement of a
synthetic polymer, for a natural and more efficient. In tests conducted with the
PMF, proved its efficiency, showing that it really is possible to replace the PA by
natural polymer of manioc starch.
Keywords: chemical industries. Cassava starch polymer. Water treatment.
Polyacrylamide.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Fluxograma de uma Estação de Tratamento de Água....................... 14
Figura 2: Corte transversal de um decantador de ETA. .................................... 18
Figura 3: Sulfato de alumínio ............................................................................ 22
Figura 4: Cloreto férrico .................................................................................... 23
Figura 5: Acacia mearnsii De Wild - Acácia negra. ........................................... 24
Figura 6: Moringa oleífera Lam. - Moringa ........................................................ 26
Figura 7: Sistema laboratorial para floculação. ................................................. 31
Figura 8: Gráfico da velocidade de decantação por análises de turbidez. ........ 32
Figura 9: Análises em meio de cultura Rapid Coliform Broth. ........................... 38
Figura 10: Análise de presença-ausência de Coliformes fecais com RCB, a)
água bruta, b) água tratada com PAC + PFM. ........................................... 38
Figura 11: Gráfico da velocidade de decantação por análises da cor aparente.
................................................................................................................... 40
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Velocidade de decantação por análise de turbidez (NTU/min). ........ 33
Tabela 2: Análise microbiológica com o meio de cultura Count Plante Agar. ... 36
Tabela 3: Velocidade de decantação por análise de cor aparente ( UC/min). .. 41
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
ÁGUA B: Água Bruta
ETA: Estação de Tratamento de Água
NTU: Unidades Nefelométricas de Turbidez
PA: Poliacrilamida
PAC: (Poli Aluminium Chloride) Policloreto de Alumínio
PCA: Plat Count Agar – Agar para contagem bacteriana
PFM: Polímero de fécula de mandioca
RCB: Rapid Coliform Brth - Caldo para cultivo de Coliformes
UC: Unidade de cor
uH: Unidade Hazen
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO .................................................................................................. 11
CAPÍTULO I – ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA ................................ 13
1 PROCESSO DE POTABILIZAÇÃO DA ÁGUA DE RIOS .............................. 13
1.1
Etapas de tratamento em uma ETA ..................................................... 15
1.1.1 Sistemas de captação de água superficial ............................................... 15
1.1.2
Coagulação ou floculação .................................................................... 15
1.1.3
Decantação .......................................................................................... 17
1.1.4
Filtração ............................................................................................... 18
1.1.5
Desinfecção ......................................................................................... 19
1.1.6
Fluoretação .......................................................................................... 20
1.2
Coagulantes ......................................................................................... 20
1.2.1
Sulfato de alumínio............................................................................... 21
1.2.2
Cloreto férrico ....................................................................................... 22
1.2.4
Proteínas de Moringa oleífera Lam. – Moringa .................................... 25
CAPÍTULO II – POLÍMERO DE FÉCULA DE MANDIOCA ............................... 27
2
POLÍMERO
DE
FÉCULA
DE
MANDIOCA
COMO
AUXÍLIAR
DE
FLOCULAÇÃO EM TRATAMENTO DE AGUA................................................. 27
2.1
Vantagens e desvantagens da utilização do polímero de fécula de
mandioca em relação à poliacrilamida .............................................................. 28
2.2
Produção do Polímero de Fécula de Mandioca ................................... 28
2.3
Análise de turbidez e velocidade de decantação ................................. 29
2.3.1
Avaliação da velocidade de decantação .............................................. 30
2.4
Análises bacteriológicas ....................................................................... 34
2.4.1
Análises microbiológicas com PCA ...................................................... 34
2.4.2
Análises microbiológicas com Rapid Coliform Broth ............................ 36
2.5
Análise da cor ...................................................................................... 39
CONCLUSÃO ................................................................................................... 42
REFERÊNCIAS ................................................................................................ 43
INTRODUÇÃO
Nos dias atuais, quando se busca quantidade com qualidade, para se
diminuir os custos de tudo o que a sociedade consome, cada vez mais fica
claro que somente através de novas tecnologias aplicadas à produção podemse obter resultados neste sentido. Sendo assim, se faz necessário, cada vez
mais, investimentos em novos equipamentos ou produtos químicos, para
resolver velhos problemas que ainda hoje afetam a sociedade.
Um exemplo é o problema estudado neste trabalho, ou seja, buscar uma
solução para aumentar a quantidade de aguá tratada em uma Estação de
Tratamento de Água (ETA), sem diminuir a qualidade do produto servido à
população e sem ampliação da planta, ou seja, sem construir uma nova linha
de tratamento.
Devido à grande quantidade de água a ser tratada numa ETA, para dar
conta da demanda de consumo, que a cada dia só faz crescer, somente a
aplicação do floculante, policloreto de alumínio, não é suficiente, devido ao
tempo necessário para a decantação dos flocos formados. O floculante
necessita da ajuda de um auxiliar de floculação para aumentar a velocidade de
decantação e diminuir o tempo do processo, possibilitando um aumento na
capacidade de produção de água tratada pela ETA.
Na maioria das ETAs, vem sendo aplicado como auxiliar de floculação, a
poliacrilamida - PA, mas este polímero pode liberar na água seu monômero, a
acrilamida, que é altamente toxico e pode causar câncer se consumido por
longo período. Desta forma buscou-se encontrar um substituto para a
poliacrilamida, um composto que não fosse tóxico, de fácil produção e baixo
custo, que possa efetivamente aumentar a quantidade de água tratada sem
prejudicar a qualidade.
Tendo isto em mente questionou-se: é possível
substituir a poliacrilamida pelo polímero de fécula de mandioca, já que este
atende aos requisitos de ser barato, natural e não tóxico.
No primeiro capítulo foi demonstrado como se faz o tratamento de água
para abastecimento público e os produtos que são utilizados para este fim,
explicando o que ocorre em cada etapa de uma ETA.
12
No segundo capitulo fala-se especificamente do polímero de fécula de
mandioca, bem como, mostra-se e discutem-se os testes realizados para
avaliação da eficiência desse material, como auxiliar de floculação.
CAPÍTULO I
ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA
1 PROCESSO DE POTABILIZAÇÃO DA ÁGUA DE RIOS
Existem dois tipos de fontes para captação de água para abastecimento,
os mananciais superficiais (rios, lagos, canais) e subterrâneos (lençóis freáticos
e aquíferos). As águas de superfície são as de mais fácil captação e por isso
acabam sendo uma tendência, para que sejam mais utilizadas no consumo
humano, no entanto, tem-se que menos de 5% da água doce existente no
globo terrestre encontra-se disponível superficialmente, ficando o restante
armazenado em reservas subterrâneas. Assim, tendo-se em vista que quanto
mais se perfuram poços, mais se criam pontos passíveis de contaminar estes
mananciais, pois cada perfuração é uma possível porta de entrada para microorganismos até os lençóis subterrâneos, devem-se tomar precauções para
evitar a contaminação (SHREVE; BRINCK JR, 1997).
O tratamento da água através de uma purificação ou potabilização tem o
objetivo de remover os contaminantes que eventualmente a água contenha,
tornando-a potável, isto é, própria para o consumo humano. De acordo com a
fonte de água, varias técnicas poderão ser empregada para esse fim, podendose também, acrescentar a ela substâncias que trazem beneficio ao ser
humano, como exemplo o Flúor. O local onde se faz o citado tratamento
chama-se Estação de Tratamento de Água ou abreviadamente ETA (GAUTO;
ROSA, 2011).
Na Figura 1 é mostrado um croqui de uma Estação de Tratamento de
Água. Nela notam-se as seguintes partes:
1. Captação: estação elevatória por bombas centrífugas de captação de água
bruta;
2. Pré-alcalinização: adição, se necessária, de compostos alcalinos para
14
ajustar o pH a valores necessários para uma eficiente coagulação;
3. Coagulação: adição de coagulante e auxiliares de coagulação, seguido de
uma agitação enérgica da água para provocar a desestabilização elétrica das
partículas, facilitando sua agregação;
4. Pós-alcalinização: adição, se necessária, de compostos alcalinos para
ajustar o pH a valores necessários às demais fases do tratamento;
5. Floculação: agitação lenta da água para provocar a agregação das partículas
e formação de flocos;
6. Decantação: passagem lenta da água por grandes tanques permitindo que a
gravidade promova a decantação dos flocos de sujeira;
7. Filtração: passagem da água por tanques que contêm camadas de pedras,
areia e carvão antracito para retirar pequenos flocos que passaram pelo
decantador, bem como, cor e odor, se presentes na água;
8. Desinfecção: adição de desinfetantes à agua, normalmente a base de cloro,
para promover sua desinfecção e garantir um teor residual até a chegada à
casa do consumidor, atuando sobre contaminações do percurso;
9. Fluoretação: adição de flúor à água para a prevenção de cáries;
10. Amostragem: coleta de amostras para controle de qualidade.
Figura 1: Fluxograma de uma Estação de Tratamento de Água.
Fonte: RELATÓRIO ..., 2012.
15
1.1
Etapas de tratamento em uma ETA
1.1.1 Sistemas de captação de água superficial
Uma captação deve priorizar o menor custo sem o sacrifício da
funcionalidade. Para que se consiga isto, deve-se estudar com antecedência a
vazão que pode ser retirada, a estabilidade natural do ponto de captação, a
velocidade da correnteza, as consequências da utilização desse manancial e a
existência de apoio às estruturas a serem edificadas; deve-se ainda estimar a
vida útil do ponto de captação, a facilidade de acesso e de instalação de
equipamentos e construção das edificações necessárias para uma boa
captação da água de um rio para posterior tratamento (DI BERNARDO;
DANTAS, 2005).
A água é captada dos mananciais superficiais por meio de bomba
centrífuga e encaminhada por meio de uma adutora para tanques na ETA. A
extremidade onde ocorre a sucção da água é provida de grades para impedir a
passagem de detritos, plantas, peixes e quaisquer objetos que possam ser
sugados pelas bombas e adentrar na tubulação até o local de tratamento da
água. Se as condições geograficas favorecerem essa captação também poderá
ser feita aproveitando a ação da gravidade (DI BERNARDO; DANTAS, 2005).
A água, antes de entrar na ETA, passa por um equipamento para
medição de vazão, a CALHA PARSHALL. Esta é um canal com largura prédeterminada, medindo-se a velocidade e a altura da lâmina de água. Através
de uma escala instalada na lateral do equipamento calcula-se a vazão, isto é
necessário para a dosagem correta dos produtos que serão adicionados para o
tratamento (DI BERNARDO; DANTAS, 2005).
1.1.2 Coagulação ou floculação
O processo de coagulação é realizado por meio da adição de um
produto coagulante, que pode ser sulfato de aluminio, policloreto de aluminio
ou outros. A finalidade deste primeiro composto adicionado à água é promover
a aglutinação de impurezas particuladas que se encontram na água, formando
16
uma suspensão fina ou coloidal, gerando flocos grandes, passíveis de
decantação por ação da gravidade.
Quando estas impurezas estão em um estado coloidal, ou seja, em um
estado de equilíbrio na água, elas não se sedimentam pela força da gravidade.
Isso pode ser explicado pelo fato das partículas presentes serem carregadas
negativamente e sofrerem repulsão mutua, isto impede que elas se aproximem,
se unam e formem partículas maiores que acabariam por se sedimentarem de
forma natural. Desta maneira, com a utilização de agentes químicos
coagulantes de carga elétrica oposta à das partículas, aqueles acabam
atraindo as partículas em suspensão, estabelecendo assim um processo
chamado de floculação, que nada mais é do que a transformação das
impurezas que estavam num estado coloidal para um estado de aglomeração,
provocando uma precipitação natural pela ação da gravidade (GAUTO; ROSA,
2011).
Para a escolha do produto coagulante adequado, cloreto férrico, sulfato
de alumino, policloreto de alumínio ou outro, deve-se levar em consideração
diversos parâmetros, entre eles: pH da água a ser tratada, composição das
partículas, e outros. Como a avaliação teórica é extremamente complexa,
ensaios laboratoriais são realizados para verificar qual coagulante se adequa
melhor àquele tipo de água (SHREVE; BRINCK JR, 1997).
Após a medida da vazão e a adição adequada de floculante, a água é
encaminhada para o tanque de floculação para que o agente de coagulação se
misture uniformemente na água, agindo de uma forma homogênea e efetiva
(SHREVE; BRINCK JR, 1997).
Na etapa de floculação, a água é submetida à agitação mecânica
branda, para possibilitar que os flocos agreguem cada vez mais partículas dos
sólidos em suspensão, isto proporciona a formação de flocos maiores e uma
decantação mais rápida. Em se tratando de tratamento de água, quanto mais
rapida e eficiente for a fase de decantação, melhor será o resultado final do
produto acabado, ou seja, tratar a maior quantidade possível de água em
menor tempo e espaço. O aumento da eficiência possibilita trabalhar em
espaços reduzidos, ou no caso da estrtutura já estar com seu espaço físico
delimitado. Ao ser mais eficiente no tratamento, pode se evitar a construção de
17
uma nova ETA para atender ao aumento natural da demanda (GAUTO; ROSA,
2011).
A equação 1, mostra, como exemplo, a reação de hidrólise do agente
coagulante mais utilizado em ETAs, o sulfato de alumínio.
Al2(SO4)3 + 12H2O → 2 Al(H2O)6 3+ + 3SO4-2
(1)
Devido ao fato do íon hexa-aquo-alumínio, Al(H2O)6 3+, ser um ácido de
Lewis, este reage com as partículas em suspensão, na água a ser tratada, que
normalmente têm caráter de bases de Lewis e, por estas terem alcalinidade
mais forte que a da água. Devido a estas características o Al(H2O)6
3+
tem
reação preferencial com as sujidades da água, para só depois reagir com as
moléculas de água. Com isto ocorre a perda da alcalinidade e, também, uma
redução do pH, sendo desta maneira necessário, para águas que já possuíam
um pH baixo, a adição de um agente alcalinizante junto ao uso do floculante,
para que aja uma correção da alcalinidade da água e uma ação eficiente do
floculante, para uma posterior decantação (DI BERNARDO; DANTAS, 2005).
1.1.3 Decantação
A água que contém os flocos já formados ao entrar nos tanques, onde
vai ocorrer à decantação, ela o faz lentamente e o tempo de retenção é de
aproximadamente 4 horas.
O tempo de permanência neste equipamento deve ser suficiente para
que os flocos sofram sedimentação por ação da gravidade, devido à maior
densidade dos flocos em comparação com a água. Para favoreçer ainda mais a
decantação dos flocos, no tanque de sedimentação, água passa pelas
seguintes zonas: de turbilhonamento, decantação, repouso e ascenção. As
impurezas decantadas formam lama no fundo do tanque, composta
basicamente por matéria orgânica, argila e microorganismos que se
aglutinaram formando os flocos, esta lama por sua vez tem que ser retirada por
um sistema de purga periódico, não comprometendo a agilidade do processo
nem a qualidade da água (GAUTO; ROSA, 2011).
18
Figura 2: Corte transversal de um decantador de ETA.
Fonte: AQUASTORE, 2012.
Na Figura 2 mostra-se em destaque a ação do decantador, notar que ao
entrar no tanque, os flocos começam a se sedimentar, formando uma lama no
fundo do tanque, chamada zona de repouso.
A água que sai do decantador é encaminhada para os filtros.
1.1.4 Filtração
Praticamente isenta de flocos, a água que transborda do decantador
chega aos filtros de leito poroso, o qual tem em sua estrutura uma camada de
areia, com aproximadamente 75 cm de altura, que fica sobre uma camada de
cascalho com 30 cm de altura, apoiada esta sobre uma base de tijolos de
orifícios drenantes.
A água atravessa os poros destas camadas, onde ficam retidas todas as
impurezas, desde flocos menores que passaram pela decantação, e chegaram
aos filtros até micro-organismos e bactérias. Isto pode ser inferido devido à
formação de uma pelicula de material gelatinoso que se forma em torno dos
grãos de areia, em sua maior parte de material biológico, que ajuda a reter tudo
que vem com a água, inclusive as bactérias (GAUTO; ROSA, 2011).
A retenção destas impurezas que se fixam no entorno dos grãos de
areia vai criando uma obstrução dos poros, dificultando a passagem da água e,
19
desta maneira, faz-se necessário que seja feita uma retrolavagem dos filtros
para que seja feita a sua limpeza e retirada do material que ficou retido e que
agora obstrui a passagem da água (GAUTO; ROSA, 2011).
1.1.5 Desinfecção
A água que sai dos filtros ainda não está potável, mesmo tendo sido
retida no processo grande quantidade de bactérias. As barreiras formadas pelo
decantador e pelo filtro não eliminam a totalidade das bactérias e outros microorganismos
presentes,
uma
pequena
quantidade
de
bactérias
e
microrganismos patogênicos podem passar e devem ser eliminados, por um
processo não mecânico. A desinfecção biológica se faz através da aplicação de
compostos químicos com poder desinfetante. O cloro gasoso é o mais usado
atualmente para este fim. Além da quantidade necessária para eliminar as
bactérias presentes na água, deve-se adicionar um excesso para manter na
rede de distribuição certa quantidade da substância desinfetante para evitar
que a água seja contaminada no trajeto da ETA até os seus consumidores
(SHREVE; BRINCK JR, 1997).
Segundo a Portaria Nº 2.914, de dezembro de 2011, em seu artigo 34º,
é responsabilidade da União, dos Estados, dos Municípios e do Distrito Federal
a adoção das medidas necessárias para o fiel cumprimento desta Portaria, a
qual dispõe sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da
água para consumo humano e seu padrão de potabilidade, fica estabelecido
que água fornecida seja obrigatória à manutenção de, no mínimo, 0,2 mg/L de
cloro residual livre, ou 2 mg/L de cloro residual combinado ou de 0,2 mg/L de
dióxido de cloro em toda a extensão do sistema de distribuição (reservatório e
rede), na rede de distribuição, para a desinfeção, manutenção e prevenção
contra micro-organismos patogênicos (BRASIL, 2011, p. 11).
Para um desinfetante poder ser utilizado para o tratamento de águas
para abastecimento público, este tem que ser capaz de eliminar micro-organismos patogênicos, na temperatura do lugar e em tempo curto de contato para
que a água ao sair da ETA já esteja descontaminada. Além disso, não deve
causar toxicidade e nem dar odor ou sabor a esta água, sendo possível
20
determinar facilmente a sua concentração na água. Deve permanecer um
residual nesta água a fim de se evitar que esta seja contaminada
posteriormente, ter um custo baixo, ser de fácil manuseio e obtenção, por todas
estas razões a cloração é, até hoje, a mais utilizada para a desinfecção de
águas. No entanto a desvantagem é que o cloro é corrosivo e na presença de
compostos orgânicos, pode reagir formando substâncias cancerígenas, como
as cloraminas. Por isso o processo de coagulação e decantação devem ser os
mais eficientes possíveis (GAUTO; ROSA, 2011).
1.1.6 Fluoretação
Para se diminuir a incidência de cárie dental são aplicados compostos
fluorados à água para que ao ser consumida por crianças com dentição em
formação fortalecendo o esmalte dos dentes e, ainda, permite a diminuição do
número e do potencial de micro-organismos bucais, sendo considerada como
uma concentração ótima na faixa entre 0,8 a 1,2 mg/L. Pesquisas recentes
nesta área indicam que a aplicação de flúor na concentração indicada traz
beneficios tambem aos adultos reduzindo a ocorrência de osteoporose e
prevenindo o endurecimento das artérias. Os compostos fluoretados mais
utilizados são o fluoreto de sódio (NaF), fluorsilicato de amônia - (NH4) 2 SiF6, e
o ácido fluorsilícico H2SiF6, após esta etapa a água pode-se ser considerada
potável, ou seja, dentro dos padrões de potabilidade exigidos atualmente no
Brasil (GAUTO; ROSA, 2011).
1.2
Coagulantes
Neste tópico, será abordada a ação dos diversos agentes coagulantes
que são utilizados no tratamento de água para consumo humano. Esses
agentes são adicionados na água com a função de reduzir as forças
eletrostáticas de repulsão, que mantém separadas ás partículas em
suspensão. Desta forma elimina-se ou se reduz a barreira de energia que
impede
a
aproximação
TRATAMENTO..., 2001).
entre
as
diversas
partículas
presentes
(O
21
Coagulação ou floculação é o processo de atração e adesão entre as
partículas dispersas de um coloide por ação de agente coagulante. Esse
processo é um das etapas mais importantes, pois ela facilita a remoção de
turbidez e cor, auxilia na eliminação de bactérias, vírus e muitos outros agentes
patogênicos, bem como, algas e plânctons (ARBOLEDA, 1991).
A coagulação é feita para a remoção de partículas que existem na água,
seja em suspensão ou na forma coloidal, onde o tamanho é aproximadamente
1 nm (10-9 m) a 0,1 nm (10-10 m), causando turbidez e mau cheiro, estas
partículas por sua vez não se sedimentam e devem ser tratadas por meios
físicos e químicos (DI BERNARDO; DANTAS, 2005).
Esse processo é importante, pois com a eliminação e/ou redução desta
barreira de energia possibilita a aglutinação destas partículas facilitando sua
remoção por sedimentação e/ou filtração. Os coagulantes mais usados nessa
etapa são o Sulfato de Alumínio e o Cloreto Férrico, pois liberam espécies
químicas de alumínio e ferro de alta densidade de cargas elétricas, de sinal
contrário às manifestadas pelas partículas presentes na água bruta. Eliminamse, assim, as forças de repulsão eletrostática originalmente presentes na água
bruta, o que faz com que se acelere de forma significativa a floculação, pois
assim tornam maiores esses sedimentos e assim mais densos, precipitando
mais rapidamente (O TRATAMENTO..., 2001).
1.2.1 Sulfato de alumínio
Acredita-se que desde 2000 a.C. os egípcios já utilizavam o sulfato de
alumínio no tratamento de água. Mas foi somente em 1881, na cidade de
Bolton, na Inglaterra que o mesmo começou a ser utilizado no tratamento de
água para abastecimento publico (GAUTO; ROSA, 2011).
O sulfato de alumínio é um sólido não inflamável, não explosivo e de
baixa toxidade. É o agente coagulante mais utilizado nas ETAs brasileiras, é
um acido de Lewis, reage com as bases que encontra na água, formando o
hidróxido de alumínio. O hidróxido de alumínio formado pela hidrólise do sal de
alumínio favorece a aglutinação das partículas coloidais permitindo assim sua
precipitação em forma de flocos (GAUTO; ROSA, 2011).
22
Figura 3: Sulfato de alumínio
Fonte: SULFATO ..., 2012.
Os hidróxidos gelatinosos formados pelo sulfato de alumínio são
insolúveis em água, eles desestabilizam, agregam e aderem às partículas do
coloide, transformando-os em coágulos. O que determina a quantidade de
reagentes a ser utilizada no processo são a turbidez e a coloração que tem que
ser removida da água. Esta quantidade é determinada após testes de
coagulação e floculação em laboratório. Os reagentes são aplicados na câmara
de mistura rápida e tudo é enviado para o tanque de floculação, onde ocorre o
crescimento dos coágulos formando flocos, os quais aderem uns aos outros,
formando flocos ainda maiores, aumentando assim sua densidade e
provocando a precipitação. Favorece, assim, a separação dessas partículas
(GAUTO; ROSA, 2011).
1.2.2 Cloreto férrico
Muitos acreditam que o tratamento de água com cloreto férrico é novo,
mas essa prática é utilizada há mais de cem anos, foi o primeiro coagulante
utilizado na cidade de Louisvile, no estado americano de Kentucky, em outras
regiões seu uso é recente. O cloreto férrico (FeCl3), assim como o sulfato de
alumínio, ao ser adicionado à água, em sua forma iônica, é convertido em
hidróxido férrico, por reagir com as bases contidas na água. Quando o íon
férrico interage com o material coloidal, a interação é tão forte que é difícil
23
encontrar desvantagem molar em seu uso sobre outros coagulantes (LIBÂNIO,
1995).
Figura 4: Cloreto férrico
Fonte: CLORETO ..., 2012.
A massa molar deste composto é maior que a do sulfato de alumínio,
assim sendo, seus flocos têm maior densidade, o que faz com que se
precipitem mais rapidamente e formem uma lama mais compacta, trazendo
algumas vantagens ao processo. A primeira, é que com essa forte interação é
necessário menos coagulante para a remoção das partículas, o que o torna
mais eficaz que o composto de alumínio; a segunda é que com flocos mais
densos, pode se ter espaços menores para esse processo, que ocorrerá com
maior agilidade quando comparado ao uso de sulfato de alumínio (LIBÂNIO,
1995).
1.2.3 Taninos de Acacia mearnsii De Wild - Acácia negra
Há entre 120 e 130 variedades de acácia negra cultivadas no mundo,
com uma expectativa de vida entre 10 e 15 anos para uso. A acácia negra é
originária da Austrália, foi inicialmente exportada para a Índia em 1843, e logo
em seguida foi para a África do Sul em 1868, com a finalidade de uso na
produção de energia. No Brasil as primeiras árvores foram plantadas no Rio
Grande do Sul em 1918. Porém, o cultivo comercial só teve início em 1930 com
a importação de 30 kg de semente da África do Sul (CALDEIRA, et al., 2003).
O principal objetivo da implantação da acácia negra no Brasil era para a
extração de tanino, presente na casca da árvore, que tem grande utilidade em
diversas aplicações industriais, como exemplo cita-se sua aplicação na
indústria de peles e couros para curtimento destas. Conforme citado no texto
24
intitulado “Quantificação de tanino em três povoamentos de Acacia mearnsi”.
Em muitos países o cultivo da acácia negra é utilizado para a fixação de
nitrogênio no solo, porém, no Brasil está sendo cultivada com duas finalidades,
para extração de tanino e produção de energia (MARTINEZ, 2006).
A Figura 5 mostra um exemplar adulto de acácia negra, da qual se extrai
um tipo de tanino que possui uma ampla utilidade em diversos segmentos
industriais. Nos curtumes, é utilizado pra tratar peles de animais com a função
de evitar que estas apodreçam. Isso ocorre por causa de uma reação deste
com as cadeias peptídicas da molécula de colágeno. As moléculas do tanino
são capazes de se ligarem por meio de pontes de hidrogênio com o grupo
funcional da cadeia polipeptídica da pele animal (SHREVE; BRINCK JÚNIOR,
1980).
Figura 5: Acacia mearnsii De Wild - Acácia negra.
Fonte: EMBRAPA, 2012.
Nos últimos anos vêm sendo estudados vários tipos de compostos
alternativos para ajudar o tratamento de água na parte da coagulação e
floculação, um deles é o tanino de acácia negra, visando à melhoria com a
redução de lodo e de metais (FONTOURA, 2009).
O tanino é um polieletrólito que combinado com sais metálicos adquire
propriedades para fazer a coagulação e floculação, assim ele consegue
desestabilizar os coloides, destruindo a camada de solvatação. Com isso, as
partículas podem se agregar, formando flocos e são retiradas tanto por
sedimentação como por filtração. Isto proporciona a clarificação da água,
25
retirando também uma grande parte dos microrganismos presentes, isso ocorre
porque é um processo físico-químico com o coagulante formando flóculos de
peso suficiente para separar da água na decantação (SILVA, 1999).
1.2.4 Proteínas de Moringa oleífera Lam. – Moringa
A moringa é uma árvore da família Moringáceae, do gênero Moringa, ela
é nativa do norte da Índia e possui um desenvolvimento bom em outros países
tropicais. A moringa produz como fruto vagens contendo várias sementes. A
moringa tem caule de grande diâmetro e altura aproximada de 10 metros, com
folhas pequenas de cerca de 3 cm de diâmetro, a folha e seus frutos são
comestíveis e a sua raiz tem efeito abortivo para o ser humano
(PARTERNIANI; MANTOVANI; SANT`ANNA, 2009).
Pode-se utilizar a moringa para várias finalidades na alimentação
humana, as folhas que têm 27% de proteínas, também são ricas em vitaminas
A e C, e podem ser consumidas como outros vegetais em época de seca; já a
semente tem de 35 a 40% de óleo e outros nutrientes, podem ser colocadas
em pequenas porções na alimentação de crianças atuando como complemento
alimentar, deixando as refeições mais nutritivas e variadas (FOLKARD;
SUTHERLAND, 2012).
Devido a sua versatilidade, a moringa é utilizada para produção de
remédios caseiros, como citado anteriormente. As raízes têm ação abortiva; as
folhas, também podem ser usadas para produção de fertilizantes e alimentação
do gado, os galhos aproveitam-se para fazer cercas, e a semente para
extração do óleo utilizado na cozinha, produção de sabão, cosméticos e em
iluminação a óleo (SANTANA et al., 2010).
As pesquisas mais recentes, tendo a moringa como objeto de estudo,
descobriram que na semente desta planta há proteínas de baixo peso
molecular, que quando em pó e misturadas com água suas partículas positivas
interagem com as negativas das sujidades presentes na água, tais como argila
e
silte,
promovendo
a
formação
flocos
densos
que
sedimentam.
(PARTERNIANI; MANTOVANI; SANT`ANNA, 2009).
Para a obtenção das proteínas, se faz necessária a extração do óleo,
26
que é abundante nas sementes da moringa, primeiramente são retiradas as
cascas, em seguida as sementes são trituradas, de forma que o material fique
homogêneo, o óleo é então extraído com n-hexano, após a extração separamse por filtração solvente-óleo da torta, a torta é então colocada em uma estufa
a 40°C, o limite de tolerância e de 60°C para que não degrade a proteína , por
um período de 24 horas. Desta forma a moringa tem um importante papel
podendo servir de base a estudos para descoberta de outros coagulantes, com
compatibilidades semelhantes na sua estrutura molecular e na sua eficácia no
tratamento de água para abastecimento público. (PAULA; PEREIRA; COSTA,
2009).
Na Figura 6, mostra-se uma imagem da moringa para visualização de
detalhes da planta.
Figura 6: Moringa oleífera Lam. - Moringa
Fonte: MORINGA. 2012.
CAPÍTULO II
POLÍMERO DE FÉCULA DE MANDIOCA
2 POLÍMERO DE FÉCULA DE MANDIOCA COMO AUXÍLIAR DE
FLOCULAÇÃO EM TRATAMENTO DE AGUA
Polímero é uma substância que, mesmo tendo estabilidade dimensional
no seu uso normal, acaba apresentando um comportamento plástico quando
da sua fabricação, pois esta tem uma elevada massa molecular que resulta de
reações químicas de polimerização. Assim os polímeros são macromoléculas
formadas a partir de unidades estruturais menores, chamadas de monômeros.
(DI BERNARDO; DANTAS, 2005).
A fécula de mandioca é um polissacarídeo, por hidrólise dá origem a
uma grande quantidade de monossacarídeos, ou açúcares. São polímeros
naturais, formados pela união de uma grande quantidade de monossacarídeos,
desta maneira estes compostos apresentam uma massa molecular muito
elevada dependendo do número de unidades de monossacarídeos que se
uniram (SOUZA, 2004).
Neste trabalho, o polímero de fécula de mandioca foi testado como
auxiliar de floculação, tendo-se como composto de referência para comparação
em termos de eficácia como auxiliar no tratamento de água, um polímero
sintético chamado poliacrilamida (GROSSL, 2009).
A poliacrilamida não é tóxica, porém, é obtida pela polimerização do
monômero acrilamida, que é toxico, exigindo um cuidado extra na sua
manipulação e utilização. Portanto, comparando-se o polímero feito de fécula
de mandioca, com o polímero poliacrilamida utilizado como auxiliar de
floculação na maioria das ETAs do Brasil, é possível verificar o imenso
potencial e as vantagens que a fécula de mandioca tem em relação com este
polímero sintético, figurando hoje como um dos melhores auxiliares de
28
floculação existentes no mercado (DI BERNARDO; DANTAS, 2005).
O polímero de fécula de mandioca foi preparado sem adição de nenhum
ácido ou base, pois desta maneira ele não influencia o pH da agua, evitando
posteriores correções e adições de mais produtos (MEIRA, 2004).
2.1
Vantagens e desvantagens da utilização do polímero de fécula de
mandioca em relação à poliacrilamida
A utilização do polímero de fécula de mandioca tem a vantagem de ser
um produto renovável, biodegradável e de fácil preparo, podendo inclusive ser
feito in-loco, o que facilitaria a sua utilização, pela ausência de necessidade de
transporte do produto (SOUZA, 2004).
Pelo fato da fécula de mandioca ser um produto natural e produzido em
larga escala no Brasil, não haveria desabastecimento do produto, não
comprometendo a sua produção e utilização por falta do mesmo. Outra
vantagem, o residual do polímero de fécula de mandioca que fica no fundo do
decantador, pela legislação vigente, tem que ir para o aterro sanitário, neste
caso não contaminará o meio ambiente, por não conter elementos que possam
provocar prejuízo ao mesmo (MEIRA, 2004).
2.2
Produção do Polímero de Fécula de Mandioca
A fécula de mandioca é misturada à água numa proporção de 1% em
massa, ou seja, 10g de fécula com um litro de água. Nesta proporção a solução
estará na concentração de 10.000 ppm, nada mais é adicionado nesta solução
polimérica a não ser a energia em forma de calor pois esta deve ser aquecida a
100°C, mantendo-se sob agitação constante por 20 minutos até que se dê por
completa a solubilização, após o esfriamento o produto já pode ser aplicado
(SOUZA, 2004).
Por ser um produto orgânico e natural, preparado sem a adição de
qualquer tipo de conservante, a validade desta solução é extremamente curta,
devendo ser utilizada em poucos dias, evitando a proliferação bacteriana e sua
degradação. Nos ensaios realizados, apurou-se que a solução permaneceu
29
estável por 72 horas sem percepção de alteração na cor ou em seu efeito como
auxiliar de floculação (GROSSL, 2009).
Para poder aumentar o tempo de validade do produto, preservando suas
características e qualidade, pode-se adicionar NaOH, numa proporção de 6
gramas por litro de solução, a elevação do pH, age como inibidor do
desenvolvimento bacteriano, promovendo um aumento na validade da solução
10 dias, mas a adição de hidróxidos, libera hidroxila na água o que pode elevar
o pH da mesma, porém sem maiores consequências devido à quantidade do
produto a ser aplicado ser pequena diante da quantidade de água tratada. A
quantidade aplicada no tratamento da água depende de ensaios laboratoriais,
pois depende fundamentalmente das características da água captada (SOUZA,
2004).
2.3
Análise de turbidez e velocidade de decantação
A análise de turbidez permite determinar se a aplicação do polímero de
fécula de mandioca traz ou não ganho na velocidade de decantação
possibilitando um aumento na produção de água de uma ETA.
A turbidez é uma das características físicas da água, decorrente da
presença de sólidos suspensos ou em estado coloidal e de micro-organismos.
A avaliação da turbidez é feita avaliando-se a quantidade de luz refletida
pelas partículas em suspensão (SHREVE; BRINCK JR, 1997).
Para esta análise foi utilizado um turbidímetro microprocessado digital
Del Lab, Modelo DLT-WV, com as seguintes características:
- Princípio de medição: NEFELOMÉTRICO;
- Faixas de medição: 0,00 a 1000 NTU;
- Resolução: 0,01 - 0,1 - 1 NTU;
- Seleção automática por faixa de trabalho;
- Resposta frente a partículas maior que 0,1 microm;
- Inserção de curva de calibração pelo usuário;
- Emissor em estado sólido (LED) 890 nm, Norma ISO-7027;
- Detector: fotocélula de silício;
- Sistema de medição que elimina a interferência da cor na amostra.
30
2.3.1 Avaliação da velocidade de decantação
O Departamento Autônomo de Água e Esgoto de Avanhandava –
DAAEA disponibilizou o laboratório de controle de qualidade da água, para os
testes de turbidez, cedendo gratuitamente equipamento, materiais e reagentes.
Foi utilizado como parâmetro para se determinar a velocidade de
decantação, análises de turbidez realizadas num prazo de 60 minutos, dividido
em quatro etapas, a primeira amostragem ocorreu no tempo igual a 0 min, a
segunda após 20 minutos, a terceira com 40 minutos e para concluir uma com
60 minutos.
Para as avaliações foi adicionado uma alíquota de 0,14 ml do coagulante
Policloreto de Alumino a uma concentração de 10.000 ppm, o que corresponde
a uma adição de 1,4 ppm na amostra analisada. A aplicação de Poliacrilamida
foi de 0,1 ml de uma solução com concentração de 600 ppm correspondendo a
uma adição de = 0,06 ppm desta solução na amostra. O polímero de Fécula de
Mandioca teve adição de 0,3 ml de uma solução com concentração de 10.000
ppm o que corresponde a uma adição de 3,3 ppm de polímero de fécula de
mandioca na amostra.
As amostras foram retiradas de águas em tratamento nas seguintes
situações:
1ª) Água bruta, sem nenhum coagulante ou auxiliar de floculação;
2ª) Água tratada com coagulante, policloreto de alumínio (PAC), mas,
sem auxiliar de floculação;
3ª) Água tratada com PAC e o auxiliar de floculação, poliacrilamida;
4ª) Água tratada com PAC e o auxiliar de floculação feito com o polímero
de fécula de mandioca.
A segunda condição, apenas com PAC, permite verificar quanto o
auxiliar de floculação colabora para aumentar a velocidade de decantação.
. Para garantir que as amostras não foram influenciadas pelo tempo de
coleta e transporte até o laboratório, as mesmas foram mantidas sob agitação
num aparelho JAR TEST MILAN MODELO. JTC/3P, por 5 minutos, numa
rotação de 100 RPM, quando então se iniciaram as análises de turbidez e
adição de compostos para sedimentação.
31
A velocidade de decantação é determinada pela diferença entre os
resultados obtidos com aqueles das análises de turbidez.
Após a agitação inicial da água, pelo aparelho Jar Test, por 5 minutos a
100 RPM, coletou-se as amostras iniciais, t0 = 0 min, adicionou-se então os
compostos para floculação e seus auxiliares, nas respectivas águas em
tratamento.
Após a adição dos compostos para tratamento, a agitação foi mantida
por 5 min. no mesmo equipamento, o qual promove uma agitação que simula
aquela que ocorre num tanque de floculação para a aglutinação das partículas
em suspensão e formação de flocos. Esse tempo é suficiente para que ocorra a
aglutinação das partículas presentes, formando os flocos, aumentando sua
densidade e causando precipitação.
A Figura 7 mostra uma foto tirada no inicio da formação dos flocos, onde
o PFM do Becker da direita exibe flocos maiores e mais nítidos.
Figura 7: Sistema laboratorial para floculação.
PAC + POLÍMERO DE
PAC + POLIACRILAMIDA
FÉCULA DE MANDIOCA
Fonte: SANTOS, 2012.
A foto, da Figura 7, mostra o que ocorre durante o tratamento com
floculante e auxiliares de floculação. Pode-se notar a aglomeração das
partículas em suspensão com a formação dos flocos. Até este momento a
atuação do PFM mostrou-se mais eficiente, pois gerou flocos visualmente
maiores.
Após o tempo de floculação, passou-se para o tempo de decantação
32
durante o qual, mais três amostras foram coletadas, t 1 = 20 min, t2 = 40 min e t3
= 60 min; os resultados foram plotados no gráfico de turbidez em NTU
(Unidades Nefelométricas de Turbidez) por tempo em minutos, mostrado na
Figura 7, o qual possibilita uma visualização comparativa do desempenho dos
diversos processos de tratamento utilizado na avaliação.
Figura 8: Gráfico da velocidade de decantação por análises de turbidez.
Fonte: SANTOS, 2012.
No gráfico da Figura 8, é possível perceber que na água bruta sem
aditivos, a velocidade de decantação é extremamente baixa, pois houve pouca
mudança após o período completo de decantação, a diferença de turbidez foi
de aproximadamente 3 NTU. No tratamento apenas com PAC, já é possível se
notar uma significativa ação de coagulação e precipitação do material que
estava em suspensão na água. Pode-se notar também que decorridos os 60
minutos de avaliação a turbidez das amostras de água com aditivos de
coagulação eram muito próximas, com uma diferença de apenas 1 NTU em
favor das amostras com auxiliar de floculação.
Ainda na Figura 8, pode-se notar que nas amostras de água tratadas
com PAC mais poliacrilamida ou PAC mais polímero de fécula de mandioca em
comparação com a água tratada apenas com PAC, houve uma significativa
aceleração no processo de decantação. A maior velocidade de decantação fez
com que a turbidez, atingisse seu menor valor, aproximadamente 2,5 NTU, em
33
apenas 20 minutos.
Na comparação entre as amostras de água tratadas com PAC mais PA e
PAC mais PFM, nota-se que a velocidade de decantação promovida pela
combinação PAC-PA é maior nos primeiros 20 min, 0,79 UT/min, contra 0,76
UT/min da combinação PAC-PFM. Porém, no segundo intervalo, de 20 a 40
min, nota-se que a combinação PAC-PFM continua ativa promovendo uma
redução de 0,05 UT/min, enquanto a combinação PAC-PA se mantém quase
estável, promovendo uma redução de apenas 0,01 UT/min nesse mesmo
período.
Ambos os auxiliares de floculação, PA e PFM, têm suas ações
equiparadas por volta de 35 min após o inicio da decantação.
Segue abaixo, na Tabela 1, as velocidades de decantação, ou seja, as
reduções de unidades de Turbidez em NTU em função do tempo. As
velocidades foram determinadas com a equação 1, mostrada abaixo.
(2)
Tabela 1: Velocidade de decantação por análise de turbidez (NTU/min).
VELOCIDADE DE DECANTAÇÃO (UT/ min)
0 a 20 min
20 a 40 min
40 a 60 min
Água B*
- 0,04
- 0,07
- 0,01
Água B + PAC**
- 0,52
- 0,25
- 0,03
Água B + PAC + PA***
- 0,79
- 0,01
- 0,04
Água B+PAC + PFM**** - 0,76
- 0,05
- 0,04
* Água Bruta,** Policloreto de alumínio, *** Poliacrilamida, ****Polímero de Fécula de Mandioca.
Fonte: SANTOS, 2012.
Na comparação de eficiência, a combinação PAC-PA foi mais eficiente,
já que imprimiu uma maior velocidade de decantação, promovendo a maior
redução de turbidez em aproximadamente 25 min. A combinação PAC-PFM,
nesse tempo, ficou atrás apenas 0,5 UT.
Outras considerações possíveis de serem feitas com base nesses dados
são que a PA tem eficiência de mais ou menos 30%, no aumento da velocidade
de decantação, portanto na produção de água. O mesmo valor é obtido com a
adição PFM, enfatizando a atuação semelhante de ambos, PA e PFM.
34
2.4
Análises bacteriológicas
A análise bacteriológica se faz necessária para verificar se o polímero de
fécula de mandioca, atuando como auxiliar de floculação, tem alguma eficácia
também na diminuição dos níveis de contaminação bacteriana presentes na
água. A avaliação foi feita em comparação ao também auxiliar de floculação
poliacrilamida.
Para
essas
análises,
foi
coletada
água
do
rio
Alambari
em
Avanhandava/SP, a um 1 metro de profundidade, sendo que após a coleta, a
água foi levada para o laboratório de microbiologia do UNISALESIANO na
cidade de Lins/SP, preservada em caixa térmica com gelo sintético, onde foram
realizadas as análises.
A amostra de água bruta (sem tratar), foi divida em 5 sub-amostras,
sendo que cada uma delas foi tratada de uma forma diferente, a primeira não
recebeu tratamento, a segunda sofreu apenas diluição, a terceira foi tratada
apenas com PAC, a quarta foi tratada com PAC e PA e a quinta foi tratada com
PAC e PFM.
As análises de interesse, por serem as recomendadas na Portaria nº
2.914/2011 do Ministério da Saúde, foram: contagem total de bactérias
heterotróficas, presença ou ausência de Coliformes totais e presença ou
ausência de Coliformes fecais. Para realizar essas análises foram utilizados
dois meios de cultura, o Plate Count Agar (PCA) para contagem de bactérias
heterotróficas e o Rapid Coliform Broth (RCB) para a verificação da presença
ou ausência de Coliformes, tanto totais quanto fecais.
2.4.1 Análises microbiológicas com PCA
De acordo com a metodologia descrita no Standards Method for Water
and Wastewater efetuou-se a semeadura por profundidade, de alíquotas de 1,0
mL das amostras de água em placas de petri (20x100mm) com meio de cultura
Plate Count Agar em triplicata, para posterior cálculo da média e desvio padrão
(EATON et al., 2005). Todas as análises foram inoculadas em capela de fluxo
laminar, evitando assim a contaminação de bactérias provenientes do ar.
35
Depois de inoculadas as placas de petri, contendo o meio PCA, foram
incubadas em estufa por 24 horas a uma temperatura de 37 ± 1 ºC e após esse
período foram retiradas e fez-se a contagem das colônias formadas.
As amostras analisadas foram:
1) Água estéril para diluições;
2) PCA sem inoculação;
3) Água bruta;
4) Água bruta diluída na proporção de 1:100;
5) Água tratada com PAC;
6) Água tratada com PAC mais PA;
7) Água tratada com PAC mais PFM.
As análises das amostras 1 e 2 foram realizadas para se certificar de
que o processo de esterilização dos materiais utilizados para a quantificação
bacteriológica foi eficiente. Com os resultados obtidos pode-se verificar a
ausência total de formação de colônias tanto na água desmineralizada,
utilizada para a diluição da água bruta, quanto no PCA, meio de cultura
utilizado para o crescimento bacteriano, bem como nas placas de petri,
utilizadas para a inoculação do meio com as amostras. Todos estavam estéreis
resultando em ensaios mais confiáveis.
As amostras 3 e 4, água bruta e água bruta diluída em 1:100, foram
analisadas para uma quantificação inicial e avaliação da eficiência dos
processos de tratamento. Nas placas com a amostra 3, a proliferação
bacteriana foi intensa, como já era esperado, não sendo possível a
quantificação pelo excesso de colônias. Já nas placas com a amostra 4 obtevese uma média de 833 UFC/mL.
A amostra 5, composta por água tratada apenas com policloreto de
alumínio apresentou uma média de 143 UFC/mL
Já nas amostras 6 e 7, água tratada com PAC+PA e água tratada com
PAC+PFM respectivamente, obteve-se médias de 37 e 74 UFC/mL também
respectivamente.
A Tabela 2 resume os resultados obtidos na quantificação microbiológica
com PCA, e depois de realizadas as análises pôde-se comprovar que houve
uma maior redução da população bacteriológica, presente na água bruta, com
36
o tratamento feito pela combinação policloreto de alumínio mais poliacrilamida.
Porém, nota-se também que a substituição da poliacrilamida pelo polímero de
fécula de mandioca reduziu a população bacteriológica, presente na água
apenas com o tratamento com policloreto de alumínio, em aproximadamente
50%.
Tabela 2: Análise microbiológica com o meio de cultura Plate Count Agar.
POPULAÇÃO BACTERIANA
AMOSTRAS
UFC/mL
1
Água de diluição
0
2
Meio + Placa
0
3
Água B sem diluição
Incontável
4
Água B diluída 1:100
833 ± 116
5
Água B + PAC
143 ± 47
6
Água B + PAC + PA
37 ± 13
7
Água B + PAC + PFM
74 ± 10
Fonte: SANTOS, 2012.
Vale ressaltar que a etapa de desinfecção da água que será distribuída à
população ainda irá ocorrer no final do processo de tratamento após a filtração,
e ainda, que a legislação vigente preveja a possibilidade da existência de até
500 UFC/mL nas amostras coletadas nos pontos de consumo. O que mostra
que o tratamento apenas com PAC já surtiu os efeitos desejados.
2.4.2 Análises microbiológicas com Rapid Coliform Broth
A preparação e esterilização do Rapid Coliform Broth seguiram as
orientações do fabricante. Após o processo de esterilização aguardou-se até
que o meio de cultura estivesse à temperatura ambiente para se proceder à
inoculação. Como prevê a legislação vigente, foram analisados 100 mL de
cada amostra.
As amostras analisadas foram:
1) RCB sem inoculação;
37
2) Água bruta;
3) Água tratada com PAC;
4) Água tratada com PAC mais PA;
5) Água tratada com PAC mais PFM.
Utilizando-se a capela de fluxo laminar, para se trabalhar em ambiente
asséptico, fez-se a inoculação de cada frasco contendo o meio de cultura, com
100 mL de amostra.
Antes e após a inoculação o meio se mostrava de coloração amarelopalha. Os meios inoculados foram mantidos em estufa com a temperatura
controlada de 37 ± 1 ºC durante 24 horas.
Passado o tempo de incubação analisaram-se os resultados obtidos na
análise. A não alteração da coloração inicial indica um resultado negativo e
uma coloração verde-azulada, independente da intensidade indica resultado
positivo para Coliformes total. O mesmo meio de cultura, também fornece
resultados de presença-ausência de Coliformes fecais se colocado sob
iluminação ultravioleta (UV-A λ ≈ 366 nm), uma fluorescência azulada, significa
resultado positivo para coliforme fecal.
A amostra 1 foi feita apenas para se certificar de que o processo de
esterilização foi satisfatório. Após o período de incubação o meio não sofreu
alteração de cor, indicando a ausência de bactérias do grupo Coliforme.
A Figura 9 mostra os resultados obtidos com esta análise para as
demais amostras, de 2 a 5.
Como já era esperado, pela fonte de captação ser de água superficial,
ou seja, do rio Alambari, todas as amostras continham bactérias do grupo
Coliforme. Porém, é possível se perceber, pela diferença de tonalidade dos
frascos, que nas amostras 3 e 5, tratadas respectivamente com policloreto de
alumínio e policloreto de alumínio mais polímero de fécula de mandioca, a
população bacteriana desse grupo parece ter sido reduzida pelo tratamento,
em comparação com a tonalidade do frasco contendo a amostra 2, ou seja, a
água bruta.
O que chama a atenção na Figura 9 é o fato da água tratada com
policloreto de alumínio mais poliacrilamida exibir uma intensidade de coloração
equivalente à da água sem tratamento.
38
Figura 9: Análises em meio de cultura Rapid Coliform Broth.
2)
3)
4)
5)
2) Água Bruta; 3) Água + PAC; 4) Água + PAC + PA; 5) Água + PAC + PFM
Fonte: TOMÉ, 2012.
Na Figura 10, mostra-se uma foto tirada dos frascos contendo o meio
RCB + amostras de água após o período de incubação, sob iluminação
ultravioleta.
Figura 10: Análise de presença-ausência de
Coliformes fecais com RCB, a) água bruta, b) água
tratada com PAC + PFM.
a)
b)
Fonte: Tomé, 2012.
O frasco (a) contendo água bruta exibe fluorescência indicando a
39
presença de Coliformes fecais, já o frasco (b) água tratada com policloreto de
alumínio e polímero de fécula de mandioca não produziu luminescência quando
sob luz ultravioleta, constatando que na água tratada com esses compostos a
presença de Coliformes fecais não era mais detectável. Desta maneira fica
claro que o polímero de fécula de mandioca é eficiente na remoção de
Coliformes fecais, diminuindo a população bacteriana e reduzindo a carga
orgânica residual que poderia reagir com o cloro, durante o processo de
desinfecção.
2.5
Análise da cor
Semelhante à avaliação feita através turbidez, fez-se também uma
avaliação na redução da cor da água como consequência dos diferentes tipos
de tratamento.
Foram avaliadas quatro tipos de amostras para determinação da cor da
água, sendo estas:
1) água bruta, sem nenhum coagulante ou auxiliar de floculação;
2) água tratada com o coagulante PAC (1,4 ppm), mas sem auxiliar de
floculação;
3) água tratada com PAC (1,4 ppm) mais o auxiliar de floculação, PA
(0,06 ppm);
4) água tratada com PAC (1,4 ppm) mais o auxiliar de floculação PFM
(3,3 ppm).
As análises da cor aparente da água foram realizadas com um aparelho
da PoliControl, modelo AquaColor, com faixa de medição de 0 a 500 Unidades
de Cor - UC1 ou unidades Hazen - uH.
Para avaliar a redução da cor aparente da água, ou seja, o quanto da
cor foi retirada em consequência da aplicação dos diferentes tipos de
tratamento, e em que velocidade isto acontece, realizou-se em cada amostra 4
avaliações. A primeira avaliação ocorreu no tempo inicial, antes da aplicação
dos diferentes tratamentos, a segunda, após 20 min do início da decantação, a
terceira após 40 min e a terceira após 60 min do início da decantação. O
1
1 UC é equivalente a coloração produzida por 1 ppm de Pt/Co em água.
40
gráfico da Figura 11 mostra os resultados obtidos nestas análises.
Figura 11: Gráfico da velocidade de decantação por análises da cor aparente.
Fonte: SANTOS, 2012.
Pôde-se observar que nas análises feitas após 20 min do início da ação
dos agentes de floculação houve uma drástica diminuição da cor. A ação dos
auxiliares de floculação fica clara nas curvas mostradas na Figura 9, tanto a PA
quanto o PFM realizam praticamente toda a possível redução de cor nos
primeiros 20 minutos. Novamente, pode-se perceber que a PA é pouca coisa
mais eficiente que o PFM, reduzindo a cor da água em 5 UC a mais que este.
As velocidades foram calculadas empregando-se a equação 3.
(3)
A Tabela 3 oferece uma comparação numérica da atuação dos agentes
de floculação em termos de velocidade de decantação avaliada pela redução
de cor aparente da água.
41
Tabela 3: Velocidade de decantação por análise de cor aparente ( UC/min).
VELOCIDADE DE DECANTAÇÃO (UC/ min)
0 a 20 min
20 a 40 min
40 a 60 min
Água B*
- 0,27
- 0,42
- 0,10
Água B + PAC**
- 2,85
- 1,40
- 0,20
Água B + PAC + PA***
- 4,33
- 0,06
- 0,26
Água B + PAC + PFM****
- 4,12
- 0,31
- 0,23
* Água Bruta, **Policloreto de alumínio, ***Poliacrilamida, **** Polímero de Fécula de Mandioca.
Fonte: SANTOS, 2012
Na comparação da água tratada apenas com PAC e da água tratada
com PAC + PFM, no tempo de 0 a 20 minutos, a redução da cor aparente foi
de 30,9% maior com a adição desse auxiliar de floculação, mostrando que se
empregado em uma ETA, traria um ganho considerável na produção de água.
CONCLUSÃO
Após o estudo de produção e aplicação do polímero de fécula de
mandioca – PFM, como auxiliar de floculação no tratamento de água para
abastecimento público, e comparação deste com o desempenho da
poliacrilamida, foi possível concluir que apesar do PFM ser menos eficiente que
PA, exigindo a aplicação de uma maior concentração para promover um
desempenho equivalente ao da PA e, portanto não ser a solução para acelerar
o processo e aumentar a quantidade de água tratada, há outros fatores que
motivam a substituição da PA pelo PFM, sua produção é simples, barata, e
pode ser feita no local de uso. Além disso, acredita-se que o ponto mais
relevante a ser destacado é que o PFM não é tóxico e o monômero da PA o é,
e este pode ser liberado na água pela PA.
Ficou demonstrado que o PFM tem excelentes atuações na remoção de
turbidez e cor aparente da água.
O PFM também foi muito eficiente na remoção de bactérias, removendo
91,2% das bactérias presentes na água que foi tratada, como mostrou a
análise com Count Plate Agar. Nos ensaios com o meio de cultura Rapid
Coliform Broth verificou-se que o PFM também é capaz de diminuir a
quantidade de bactérias do Gênero Coliforme da água.
Por fim, pode-se afirmar que o PFM tem condições de substituir a PA
como auxiliar de floculação, trazendo economia e eficiência ao processo sem o
risco de liberar na água compostos tóxicos.
O tema não se esgota aqui, sendo passível de pesquisas futuras. Como
exemplo pode-se citar o estudo de comparação entre as cadeias poliméricas
de amido obtidas a partir de diferentes fontes, como arroz, batata e outros.
REFERÊNCIAS
AQUASTORE. Processos de tratamento de água. Disponível em:
<http://www.aquastore.com.br/default.aspx?code=64>. Acesso em: 20 Jun
2012.
ARBOLEDA, J. V. Teoria y pratica de la purificación del água. Colômbia:
Acordal, 1991.
BRASIL. PORTARIA Nº 2.914, de 12 de dezembro de 2011. Diário Oficial da
União, Seção 1, 14 de dezembro de 2011, p. 39. Disponível em:
<http://189.28.128.179:8080/pisast/saude-ambiental/vigiagua/normas-elegislacoes/portaria-no-2.914-2011>. Acesso: 10 Jun. 2012.
CALDEIRA, M. V. et al. Quantificação de tanino em três povoamentos de
Acácia
mearnsii.
EMBRAPA.
2003.
Disponível
em:
<http://www.cnpf.embrapa.br/publica/boletim/boletarqv/boletim37/mcaldeira.pdf
>. Acesso: 15 Jun 2012.
CLORETO
férrico.
Disponível
em:
<http://pt.made-in-china.com/
co_qingyachem/product_Ferric-Chloride-Hexahydrate-Fecl36H2O_hrsnieneg.html>. Acesso em: 20 Jun 2012.
COELHO, T. M. et al. Estudo comparativo da floculação entre amido
catiônico e amido interligado catiônico. Disponível em: <https://docs.google.
com/viewer?a=v&q=cache:tr973Ik72S4J:www.abepro.org.br/biblioteca/enegep2
010_TN_STP_117_767_16465.pdf+ESTUDO+COMPARATIVO+DA+FLOCULA
%C3%87%C3%83O+ENTRE+AMIDO+CATI%C3%94NICO+E+AMIDO+INTER
LIGADO+CATI%C3%94NICO&hl=pt-BR&gl=br&pid=bl&srcid=ADGEESjkC2_
7WP5BkHofqggpKRKE6GwowNB21_evnMvzmWu_ZVrICOMS7iBkG7zqbLwQ
50oaC0nP2wdIyVKrww36WGMWDpV02zeAc9DXB293op7TV0F9VenkOe440N
Jx6fIAs9zl2xs_&sig=AHIEtbSzZNx8qsaloByvWvH99F_khidGQg>. Acesso em:
14 Mar. 2012.
COSTA, E. R. H. da. Melhoria da qualidade da água tratada e aumento da
capacidade de ETAs através da escolha adequada de coagulantes e
auxiliares, em águas com alcalinidade alta. Disponível em: <https://docs.
google.com/viewer?a=v&q=cache:gBNywPWKAysJ:www.abes-s/p.org.br/
arquivos/exemplo.doc+polimero+de+f%C3%A9cula+de+mandioca+como+auxili
ar&hl=pt-BR&gl=br&pid=bl&srcid=ADGEESgJFoIYsROdb0SvC75jfo0mVIq97jfc
N97Ue25di8Bd7weLekKGXwyA9E4nEo5agUALURhzcffhtu5OwFd67ULK74nBf
iQCtYDsaBSJl1ThBre--XnSg4m5i9B9oYUNOaHZU9ls&sig=
AHIEtbSjWkE0MaZ_qZNvCLGZsvHOTRQjkQ>. Acesso em: 14 de Mar. 2012.
DI BERNARDO, A. S.; DI BERNARDO, L. Uso do amido de mandioca
catiônico como auxiliar de floculação. Disponível em: <http://www.bvsde.
44
paho.org/bvsaidis/tratagua/ii-025.pdf>. Acesso em 14 Mar. 2012.
DI BERNARDO, L.; DANTAS, A. D. B. Métodos e técnicas de tratamento de
água. São Paulo: RIMA, 2005. Disponível em: <http://www.scielo.br/
pdf/rbeaa/v13n6/v13n6a15.pdf>. Acesso em: 20 Jun. 2012.
EATON, A. D. et al. Standard methods for the examination of water &
wastewater. 21th. ed. Washington: American Public Health, 2005.
EMBRAPA.
Cultivo
da
acácia
negra.
Disponível
em:
<http://sistemasdeproducao.cnptia.embrapa.br/FontesHTML/AcaciaNegra/Culti
vodaAcaciaNegra/02_especies_de_acacia_para_plantio.htm>. Acesso em: 20
Jun 2012.
FOLKARD, G; SUTHERLAND, J. Óleo de moringa. Disponível em: <https://
plus.google.com/104793974921983717565/posts/AcnpoE3Ru4q>. Acesso em:
20 Jun. 2012.
FONTOURA, D. de A. Avaliação da eficiência: tanino X sulfato de alumínio,
como coagulantes no tratamento de água para consumo humano. 2009.
Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Industrial
Química) – Centro Universitário Feevale. Novo Amburgo/RS. Disponível em:
<http://tconline.feevale.br/tc/files/4202_12.pdf>. Acesso em: 20 Jun 2012.
GRIGOLETTI, A. Cultivo da acácia negra. EMBRAPA, [on line], Jan. 2003.
Disponível
em:
<http://sistemasdeproducao.cnptia.embrapa.br/
FontesHTML/AcaciaNegra/CultivodaAcaciaNegra/02_especies_de_acacia_par
a_plantio.htm>. Acesso: 20 Jun 2012.
GROSSL, K. Emprego do amido de mandioca como auxiliar de floculação
no tratamento de águas de abastecimento. 2009. Disponível em:
<http://anais.unicentro.br/siepe/2009/pdf/resumo_1284.pdf>. Acesso em 14
Mar. 2012.
LIBÂNIO, M. Adequações de estações de tratamento de água alicerçadas nos
diagramas de coagulação. BIO, ano IV, n.2, p.34-40, maio/setembro 1995.
MARTINEZ, D. T. Seleção genética de Acacia mearnsii De Wild (Acácia
negra) visando o aumento da qualidade e produtividade de madeira e
tanino no Rio Grande do Sul. 2006. Dissertação (Mestrado em Ciências
Florestais), Universidade Federal do Paraná. Disponivel em: <http://www.
floresta.
ufpr.br/pos-graduacao/defesas/pdf_ms/2006/d446_0635-M.pdf>.
Acesso em: 02 Abr. 2012.
MEIRA, R. C. de S. Avaliação da utilização de amido de mandioca e
polímero catiônico como auxiliar de coagulação na remoção de cor
aparente e turbidez de água bruta. 2004. Disponível em:
<http://www.fit.br/home/link/02.pdf>. Acesso em 14 Mar. 2012.
MORINGA. Disponível em: <http://belezadacaatinga.blogspot.com.br/2010/12/
45
moringa.html>. Acesso em: 20 Jun. 2012.
O TRATAMENTO de água. Disponível em:
br/~bdta/index-v.html>. Acesso em: 10 Jun 2012
<http://www.fec.unicamp.
PATERNIANI, J. E. S.; MANTOVANI, M. C.; SANT'ANNA, M. R.. Uso de
sementes de Moringa oleifera para tratamento de águas superficiais. Rev.
bras. eng. agríc. Ambient, [online], vol.13, n.6, pp. 765-771, 2009.
PAULA, S. L.; PEREIRA, N. C.; COSTA, S. C. Aplicação da Moringa oleifera na
clarificação do extrato aquoso de Stevia rebaudiana (Bert.) Bertoni. In:
ENCONTRO NACIONAL DE MORINGA 2009, 2009, Aracaju. Anais ...,
Aracaju:
Disponivel
em: <http://linux.alfamaweb.com.br/encontromoringa.
com.br/site/trabalhos/05-01-ENAM2009.pdf> Acesso em: 15 Mai. 2012.
PROCESSOS de tratamento de água. Disponível em: <http://www.aquastore.
com.br/default.aspx?code=64>. Acesso: 20 Jun 2012.
RELATÓRIO anual de qualidade da água. 2006. Disponível em: <http://www.
agr.sc.gov.br/relatorios/relatorio2006>. Acesso em: 20 Jun 2012.
ROSA, G.; GAUTO, M. A. Processos e operações unitárias da indústria
química. Rio de Janeiro: Ciência Moderna, 2011.
SANTANA, C. R. et al. Caracterização físico-química da moringa. 2010.
Disponível em: <http://www.deag.ufcg.edu.br/rbpa/rev121/Art1217.pdf >.
Acesso: 10 Jun 2012.
SHREVE, R. N.; BRINK JR., J. A. Indústrias de processos químicos. 4. ed.
Rio de Janeiro: LTC, 1997.
SILVA, T. S. S. da. Estudo de tratabilidade físico-química com uso de
taninos vegetais em água de abastecimento e esgoto. 1999. Dissertação
(Mestrado em Saúde Pública) Fundação Oswaldo Cruz, Escola Nacional de
Saúde Pública. Disponível em: <http://portalteses.icict.fiocruz.br/transf.php?
script=thes_chap&id=00005802&lng=pt&nrm=iso>. Acesso em: 05 Mai. 2012.
SOUZA, L. C. A. de. Influência da aplicação de polímero natural de fécula
de mandioca como auxiliar de floculação na estação de tratamento de
água nº 2 de Valinhos/SP: estudo de caso. 2004. Disponivel em:
<http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/assemae/agua/tratagvali.pdf >. Acesso em:
06 Fev. 2012.
SULFATO de alumínio. Disponível em: <http://www.sulfatodealuminio.net/>.
Acesso: 10 Jun 2012.