Jar-teste

Introdução

O Jar-Teste é o procedimento mais simples empregado para

determinar a dosagem de coagulante e pH de coagulação no tratamento de

água. Através deste ensaio mede-se a condição ótima para floculação

caracterizada pelo tempo e agitação necessária. Além disso, deve-se verificar

se a floculação obtida fornece uma água que após a sedimentação

apresentará uma grande redução de turbidez (ROSSIN, 2013).

A coagulação consiste no conjunto de ações físicas e reações químicas

entre o coagulante, a água e as impurezas presentes. Apresenta-se em três

fases: formação das espécies hidrolisadas de coagulante quando disperso na

água, desestabilização das partículas coloidais e suspensas dispersas na

massa líquida e agregação dessas partículas para formação dos flocos

(SANTOS, 1985).

Os coagulantes são compostos que possuem propriedades de reagir

com álcalis produzindo hidróxidos gelatinosos que envolvem e adsorvem

impurezas (remoção de turbidez) e produzir íons trivalentes de cargas

elétricas positivas, que atraem e neutralizam as cargas elétricas dos colóides

que, em geral são negativas (remoção de cor). Os mais conhecidos e

utilizados no processo de tratamento de água são: sais de alumínio, tal como

sulfato de alumínio, VETA e policloreto de alumínio (PAC) (OENNING, 2006).

Segundo Universo Ambiental (2013), o sulfato de Alumínio é o mais

utilizado entre os coagulantes. É um sólido cristalino de cor branca-

acinzentada, contendo aproximadamente 17% de Al2O3 solúvel em água,

possuindo eficácia na faixa de pH de 5,5 a 8. É disponível em pedra, em pó

ou em soluções concentradas. Outros sais de Al: sulfato duplo de alumínio e

amônio Al2(SO4)3 . (NH4)2SO4 . 24H2O (Alúmen de Amônio) e Na2OAl2O3

(Alúmen de Sódio).

O coagulante VETA é um polímero natural de caráter catiônico de

baixo peso molecular, de origem essencialmente vegetal. É comercializado

na forma líquida. Polímeros catiônicos atuam bem na faixa de pH 5,5 a 8.

(INDÚSTRIAS QUÍMICAS LTDA, 2013).

O PAC é um coagulante a base de sal de alumínio pré-polimerizado de

origem orgânica a base de tanino de acácia negra com formula básica Aln

(OH)nCl3n-m onde a relação m/3n x 100 indica a basicidade do produto, pelo

estado pré-polimerizado e pelas pontes de oxigênio entre os alumínios. É

eficaz na faixa de pH entre 6 e 9 (CASTRO, 2011).

Objetivou-se avaliar, através do método de Jar-teste, o coagulante mais

eficaz para aplicação no tratamento de água.

1. Material e Métodos

Foram utilizados materiais e instrumentos de laboratório como:

béqueres, erlenmeyers, balões volumétricos, pipeta volumétrica, pera, bastão

de vidro, pHmetro e turbidímetro. Os reagentes utilizados foram: Al2(SO4)3,

fenolftaleína, ácido sulfúrico 0,02 N e indicador metilorange. Como amostra

foi utilizada água bruta coletada dia 16 de dezembro de 2013 às 9 horas e 30

minutos no Arroio do Padre.

Realizaram-se análises de pH, turbidez, alcalinidade e observação

visual da água bruta.Inicialmente colocou-se a amostra em béquer e fez-se a

análise de pH em pHmetro. Em seguida fez-se análise de turbidez em

turbidímetro. O terceiro passo mediu-se alcalinidade onde colocou-se 50 mL

de amostra em um frasco erlenmeyer de 250 mL, adicionou-se 2 gotas de

fenolftaleína, titulou-se com ácido sulfúrico 0,02 N, anotou-se o volume gasto,

adicionou-se 5 gotas do indicador metilorange e titulou-se com ácido sulfúrico

0,02 N até a coloração amarelo-alantanjada, anotou-e o volume. O quarto

passo observou-se visualmente a água bruta e anotou-se o resultado.

Posteriormente, fez-se as mesmas análises de pH, turbidez, alcalinidade e

observação visual porém com diferentes coagulantes e concentrações.

Utilizou-se Al2(SO4)3 a 10 ppm, 30 ppm, 50ppm, 70 ppm, 90 ppm, 120 ppm,

coagulante VETA a 50 ppm, 90 ppm e 120 ppm e PAC a 30 mg/L, 50 mg/L e

70 mg/L. Antes das analises requeridas obteu-se a solução mãe de cada

coagulante, adicionou-se a amostra, fez-se agitação rápida por 2 minutos e

lenta por 10 minutos e esperou-se 30 minutos para ocorrer a decantação dos

flocos.

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2. Resultados e Discussão

Para a escolha do coagulante a ser usado leva-se em consideração a

quantidade a ser utilizada, o pH e a turbidez remanescente da água. Estes

parâmetros foram avaliados e estão representados na Tabela 1 bem como a

observação visual na Tabela 2.

Tabela 1: Parâmetros físico-químicos da água com diferentes coagulantes

Análises Coagulantes

Água

BrutaAl2(SO4)3 VETA PAC

Quantidade

10

ppm

30

ppm

50

ppm

70

ppm

90

ppm

120

ppm

50

ppm

90

ppm

120

ppm

30

mg/L

50

mg/L

70

mg/L

pH 6,08 6,46 5,73 5,53 5,60 5,65 5,61 6,46 6,44 6,33 6,27 6,40 6,35

Alcalinidade

(mg de

CaCO3/ L)

60 6 16 26 20 6 10 52 46 46 72 50 40

Turbidez (UT) 13 16,6 20,3 4 2,2 2,0 3,7 16,5 11,1 4,8 18,5 6,5 3,8

Tabela 2: Observação visual da água com diferentes coagulantes

Coagulante Observação Visual

Água Bruta Colorida sem muita turbidez

Al2(SO4)3 10 ppm Não houve floculação

Al2(SO4)3 30 ppm Não houve floculação

Al2(SO4)3 50 ppm Flocos pequenos com coloração

Al2(SO4)3 70 ppm Flocos pequenos e água incolor

Al2(SO4)3 90 ppm Flocos grandes e água incolor

Al2(SO4)3 120 ppm Flocos grandes e água incolor

VETA 50 ppm Flocos bem pequenos com coloração

VETA 90 ppm Flocos grandes com coloração

VETA 120 ppm Flocos grandes

PAC 30 mg/L Flocos pequenos

PAC 50 mg/L Flocos grandes

PAC 70 mg/L Flocos grandes

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Quando em água pura com pH baixo o Sulfato de Alumínio se hidrolisa

predominantemente na forma Al+++, e em soluções alcalinas Al(OH)4- e

Al(OH)5--. Em soluções diluídas na neutralidade temos o Al(OH)3. Na água, o

Al2(SO4)3 . 18H2O reage com a alcalinidade natural formando o Al(OH)3

segundo a reação:

O Al(OH)3 irá precipitar-se formando os flocos e o CO2 será o

responsável pelo aumento da acidez da água. Quando a alcalinidade natural

da água é reduzida, devido ao aumento da acidez, realiza-se um correção de

geralmente pela adição de cal ((Ca(OH))2 ou carbonato de sódio Na2CO3

ocorrendo as reações abaixo (UNIVERSO AMBIENTAL, 2013).

O coagulante VETA não incorpora sais no sistema tratado, diminuindo

assim a condutividade na água tratada, atua quelando metais, desta forma

reduz os metais normalmente contidos na água bruta; não altera

significativamente o pH da água tratada; não necessita de pré-alcalinização,

pois atua em uma ampla faixa de pH (4,5 até 8,0); necessita de uma

concentração menor de auxiliares de floculação (floculante), pois sua reação

é muito mais rápida que os sistemas tradicionais, formando flocos

estruturalmente maiores; em dias frios, suas reatividade é muito maior, pois o

sulfato de alumínio tem que se ionizar para ter sua função, o que não é

necessário para o sistema orgânico (INDÚSTRIAS QUÍMICAS LTDA, 2013).

Já o PAC apresenta vantagens na coagulação em relação aos demais

coagulantes inorgânicos não polimerizados, pela maior concentração de

elemento ativo oxido de alumínio (Al2O3). (CASTRO, 2011).

O pH para água doces destinada ao abastecimento doméstico deve

estar entre 6 a 9 (CONAMA, 2005). Portanto, a ação que o coagulante terá

sobre o pH é de extrema importância, pois dependendo do valor será

necessário a ajustá-lo. A Figura 1 mostra a influência do coagulante sobre o

pH.

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Figura 1: Relação de pH e concentração dos coagulantes

Podemos observar que o Sulfato de Alumínio modificou

significativamente o pH da água, sendo que quanto maior a concentração

deste coagulante maior a queda do pH. Para o VETA houve uma pequena

queda do pH, porém não significativa. Já o PAC praticamente não alterou o

pH. Quando o pH está muito baixo é necessário ajustá-lo com álcalis que

geram custos.

5

A alcalinidade da água é entendida como a capacidade na

neutralização de ácidos e a acidez de neutralização de bases. Na água a

alcalinidade é devida principalmente pela presença de sais de ácidos fracos

e/ou bases fortes ou fracas. Tem importância na coagulação química, pois os

coagulantes tem atuação como ácidos em solução reduzindo a alcalinidade e

baixando o valor do pH, sendo reajustado com a adição de alcalinizantes

(PAVANELLI, 2001).

A alcalinidade em águas naturais varia entre 10 a 350 mg/L de CaCO3.

Do ponto de vista sanitário a alcalinidade não tem significado relevante,

entretanto águas de alta alcalinidade são desagradáveis ao paladar e a

associação com pH elevado, excesso de dureza e de sólidos dissolvidos, no

conjunto, é que podem ser prejudiciais (PEIXOTO, 2007). A Figura 2

representa a relação da concentração dos coagulantes com a alcalinidade.

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Figura 2: Relação de alcalinidade e concentração dos coagulantes

A água bruta apresentava alcalinidade de 60 mg/L de CaCO3. Como a

alcalinidade está relacionada com o pH a influencia do coagulante foi

semelhante. Para o Sulfato de Alumino houve uma maior queda na

alcalinidade, para o VETA tanto a alcalinidade como o pH se mantiveram

praticamente constantes e com o PAC houve uma pequena queda.

A turbidez é definida como o grau de redução que a luz sofre ao

atravessar uma determinada quantidade de água, devido à presença das

partículas e substâncias que a água contém. Em geral, a turbidez é

provocada pela ação das chuvas, que, por meio de seus caminhos de

escoamento na superfície do solo carregam partículas de areia e argila

(PAVANELLI, 2001). A Figura 3 representa a eficácia dos coagulantes na

redução da turbidez.

7

Figura 3: Relação de turbidez e concentração dos coagulantes

O Ministério da Saúde determina que a água destinada ao consumo

não deve estar acima de 5 UT. A água bruta apresentava baixa turbidez (13

UT). Os valores encontrados acima de 13 UT, como nas concentrações de 10

e 30ppm para o Sulfato de Alumínio, 50ppm para o VETA e 30ppm para o

PAC, são explicados devido a formação dos flocos que não decantaram após

o tempo estimulado de 30 minutos. Para o Sulfato de Alumínio houve uma

redução eficaz da turbidez a partir de 50ppm, sendo 70 e 90ppm as

concentrações de maior eficácia. Entretanto, deve-se considerar o custo

benefício, já que, a diferença de turbidez de 70ppm para 90ppm é baixa, de

2,2 UT para 2,0 UT respectivamente, a concentração recomendada seria de

70ppm. O VETA não apresentou uma boa redução da turbidez, sendo

120ppm a única concentração a deixar a água no limite estabelecido pela

legislação. Para o PAC apenas a concentração de 70mg/L foi eficiente. Com

estes ensaios pode-se observar que nem sempre maiores dosagens de

coagulante proporcionam maior remoção de turbidez.

A turbidez é um parâmetro que indica a qualidade estética das águas.

As partículas que deixam a água turva podem abrigar microrganismos e

protegê-los contra a ação do agente desinfetante, por isto a importância da

redução da turbidez da água (PEIXOTO, 2007).

Outro parâmetro importante é a cor que a água apresenta. A cor é a

existência de partículas coloidais ou em suspensão. Classificada como cor

real, presença de matérias orgânicas dissolvidas ou coloidais, e cor aparente

devida a existência de matérias em suspenção. É um atributo estético que

não está necessariamente relacionado com problemas de contaminação, é

um padrão de potabilidade. Serve como base para a determinação das

dosagens de produtos a serem adicionados, dos graus de mistura, tempo de

contato e de sedimentação das partículas floculadas (PEIXOTO, 2007).

O Ministério da Saúde permite um valor máximo de 15 unidades

Hazen, pois a presença de cor provoca repulsa psicológica pelo consumidor.

Por serem parâmetros de rápida determinação, a cor e a turbidez são muito

úteis nos ensaios de floculação das águas através do Jar Teste. As Figuras

4, 5, 6, 7 e 8 mostram a água bruta e a água após a decantação dos flocos

8

formados pelos diferentes tipos e concentrações dos coagulantes. Observa-

se uma diferença na cor da água, apesar desta analise não ter sido realizada.

Figura 4: Água Bruta

Figura 5: Água após a decantação dos flocos com Sulfato de Alumínio nas

concentrações de 50, 30 e 10ppm.

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Figura 6: Água após a decantação dos flocos com Sulfato de Alumínio nas

concentrações de 70, 90 e 120ppm.

Figura 7: Água após a decantação dos flocos com VETA nas concentrações de 50,

120 e 90ppm.

10

Figura 8: Água após a decantação dos flocos com PAC nas concentrações de 70, 50 e

30ppm.

3. Conclusão

Em virtude dos fatos mencionados, conclui-se que nos processos de

tratamento de água os coagulantes mais utilizados são sais de alumínio, tal

como sulfato de alumínio, VETA e policloreto de alumínio (PAC), dentre

estes destaca-se o sulfato de alumínio na concentração 70ppm no qual

obteve melhores resultados em relação ao pH, pois não houve uma queda

excessiva não sendo necessária a utilização de grandes quantidades de

neutralizantes, a alcalinidade, a turbidez, além do aspecto visual, no qual

não notou-se partículas suspensas. Apesar do sulfato de alumínio na

concentração de 90ppm ter uma turbidez melhor do na concentração de

70pm ela não é significativa (diferença de 0,2 UT), pois o aumento da

concentração do coagulante significa custos para a indústria.

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4. Referencias Bibliográficas

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Estabelece os procedimentos e responsabilidades relativos ao controle e

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