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7/23/2019 Proposta de Pesquisa de Mestrado Para o Programa de Pós
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i3 Resumo;
ii3 Objetivo
&b;eti*o deste trabaho de pesquisa in*estigar e a*aiar a resist+ncia dos
focos formados peo coaguante natura < base de /anino *egeta =>/anfoc?@ por meio
do equipamento de monitoramento contínuo da focuação, desen*o*ido pea di*isão deengenharia de infraestrutura aeroportuária do "nstituto de /ecnoogias #eroportuárias
="/#@ e instaado na estação de tratamento =E/#@ pioto eAistente no aboratório desta
instituição cu;o funcionamento baseado no princípio das futuaçBes da turbideC3 3
#m disso, o estudo tem por escopo comparar os resutados com dados obtidos
mediante ensaios em reatores estáticos =.ar /est@3
iii3 Justificativa
0o 6rasi são empregadas inDmeras tcnicas de tratamento de água, com
diferentes ní*eis de compeAidade, entre as quais o uso de estação de tratamento de
cico competo o mais disseminado, cu;o sistema composto peos seguintes
processos1 coaguação, focuação, decantação, fitração, desinfecção, fuoração e
estabiiCação fina3 'as etapas citadas, a coaguação e focuação são eAtremamente
importantes, a saber3 0a coaguação ocorrem reaçBes químicas entre o coaguante e aágua, com o transporte das espcies hidroisadas formadas para que ha;a contato com as
impureCas presentes na água por meio de intensa agitação3 .á na focuação há a
agitação reati*amente enta *isando choques entre as impureCas, que se agomeram
formando partícuas maiores, denominadas focos, passí*eis de serem remo*idas por
sedimentação, fotação ou fitração rápida3#tuamente em nosso país reatores estáticos =testes de ;arros@ são empregados
tanto para obtenção de parmetros de pro;eto das E/#s, quanto para fins de dosagem de
coaguante e a*aiação da quaidade do foco formado3 "nfeiCmente os dados obtidos
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com os testes de ;arros referem-se apenas < água ensaiada e ha*endo rápida *ariação das
características da água como no caso de enchentes, torna-se necessário refaCer o ensaio3Para %ichter e #Ce*edo 0etto =9FF@, o desempenho de uma E/# de cico
competo está intrinsecamente igado < quaidade dos focos formados, os quais sofrem
a interfer+ncia de uma *ariedade agentes inter*enientes, tais como1 dose do coaguante,
gradiente hidráuico, tempo de detenção hidráuica. .ar*is et3 a3 =788@, ressata a
importncia dos processos de agregação de partícuas =coaguação!focuação@ na cadeia
do tratamento de água, destacando que a otimiCação do processo requer tcnicas de
monitoramento pea medição do tamanho do foco formado ou por aguma das
propriedades a ee reacionadas, tais como taAa de fitração ou de a;uste,
eAempificadamente3 4om a tcnica de monitoramento contínuo possí*e otimiCar a
dosagem de coaguante, condiçBes de mistura e outros fatores3 "mportante saientar queas referidas tcnicas encontram-se em franco desen*o*imento, ;á eAistindo no mercado
aguns equipamentos de monitoramento contínuo da focuação3="ncuir ago do /anfoc@
i*3 Exposição do tema, com alguma descrição dabibliografia fundamental; plano de trabalho.
# água, na forma ta como encontrada na natureCa, isto , sem passar por nenhum tratamento, denominada como bruta sob o ponto de *ista do saneamento,
podendo conter, conforme 'i 6ernardo =9FFH@, uma *ariedade de impureCas, entre as
quais partícuas cooidais, substncias hDmicas e microrganismos em gera3 (egundo
estimati*as di*ugadas em 7898 pea $0-I#/E% =mecanismo da &rganiCação das
0açBes $nidas para todos os assuntos reacionadas < água doce e saneamento básico@
todos os anos a água contaminada causa diarreia em :,8 bihBes de pessoas, matando 7,7
mihBes de pessoas, principamente crianças3 Para que a água bruta torne-se adequadaao consumo humano, de*e passar por processos químicos e físicos que eiminem
impureCas pre;udicais e noci*as < saDde, mehorando as características organopticas,
físicas, químicas e bacterioógicas, garantindo sua potabiidade3
# ocupação desregrada tanto urbana, quanto rura das áreas próAimas aos
mananciais, dos quais se retira água para o abastecimento pDbico, tem acarretado a
ruína da quaidade de tais mananciais , com isso os parmetros iniciais para os quais a
estação foi pro;etada são aterados, ha*endo a necessidade de tratamento mais compeAo
e oneroso3 0o*as tecnoogias de tratamentos de água t+m sido desen*o*idas, dentre
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eas o tratamento com coaguantes naturais, cu;a capacidade de instaação, segundo
6oto e GregorJ =788K@, pode ser mais do que dobrada com a formação de focos
maiores e mais fortes, aumentando significati*amente a taAa de separação da fase sóida
e a água, assim como a gama de águas a ser tratada, reduCindo-se, em contrapartida, a
dose de outros produtos químicos3
0as estaçBes de tratamento de água de cico competo =grande maioria das E/#s
de nosso país, que corresponde < aproAimadamente K388 segundo dados #ssociação
6rasieira de Engenharia (anitária - #6E(@, a coaguação e focuação t+m importncia
*ita, conforme eApana GregorJ =788F@3 0o mesmo sentido %ichter =788F@ afirma que na cadeia de processos de uma
estação de tratamento de água, a coaguação geramente seguida da focuação, que
pode ser definida como o processo de unir partícuas coaguadas ou desestabiiCadas para formar maiores massas ou focos, de modo a possibiitar sua separação por
sedimentação =fotação@ e!ou fitração da água3 L, sem dD*ida, o processo mais utiiCado
para remoção de substncias que produCem cor e turbideC na água3.á 5ibnio =788@ acrescenta que a ineficácia da focuação está intrinsecamente
reacionada ao desempenho da coaguação, aumentando a afu+ncia de partícuas <s
unidades fitrantes, fa*orecendo a perspecti*a de deterioração da água fitrada e
reduCindo o inter*ao entre a*agens, podendo tornar o processo de potabiiCação
antieconNmico3Para .ar*is et3 a3 =788@, a resist+ncia do foco formado durante o processo de
focuação um importante parmetro operaciona para remoção de partícuas
focuadas, pois pequenos focos possuem menor efici+ncia de remoção, sendo
necessário maior tempo de detenção hidráuica3 Ou et3 a3 =7898@ adicionam que a
efici+ncia na remoção dos focos no tratamento de água e águas residuárias
infuenciada principamente peo tamanho, dimensão fracta e densidade dos focos3 #
capacidade de força e recrescimento dos focos tambm pode infuenciar ascaracterísticas dos agomerados se forem eApostos a ee*ados esforços de cisahamento3
Ouseen e GregorJ =788:@ asse*eram que os focos crescem iniciamente a uma
taAa que depende das forças de cisahamento apicada, da concentração das partícuas e
da efici+ncia das coisBes3 Q medida que os focos crescem, essas forças de
cisahamento imitam o seu crescimento por dois moti*os1 =i@ os focos eAistentes
podem ser quebrados em consequ+ncia das forças perturbadorasR e =ii@ a efici+ncia da
coisão entre as partícuas em regiBes turbuentas torna-se menor < medida que as
partícuas aumentam de tamanho3 EAiste um equiíbrio dinmico entre o crescimento e a
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quebra do foco o que e*a muitas *eCes < estagnação de seu tamanho, cu;o imite
depende dos esforços cisahantes3.ar*is et3 a3 =788@ apresentam duas possibiidades fundamentais para a*aiação
da resist+ncia dos focos formados1 uma de caráter macroscópico na qua se mede a
força necessária para quebrar o foco e outra microscópico, na qua medida a força
entre as partícuas formadoras do foco3 # grande maioria dos trabahos sobre a
resist+ncia dos focos concentra-se na segunda hipótese3 # tabea 89 apresenta uma
re*isão das tcnicas macroscópicas utiiCadas para determinar a resist+ncia dos focos
formados3
Tabela 1 - Revisão das técnicas utilizadas para determinar a resistências dos flocos.
Fonte: adaptado de Jarvis et. al. (!!"#
Técnicas macroscópicas
Técnicas para
medir a resistência
dos flocos
Descrição Cálculo da resistência
Impulsor
4omparar a quantidadede focos contidos emum recipiente antes e
após a rupturacausadas peo aumento
das forças de
cisahamento em Dniconí*e3 =2rançois, 9FKR2itCpatric et a, 788H@3
2ator de resist+ncia S
d7 - tamanho mdio do foco depois da ruptura ed9 - tamanho mdio do foco antes da ruptura
Medir a energia pararuptura dos focoscontidos em um
recipientes, eApostosao aumento dos ní*eis
das forças decisahamento de formacontroada =5eent*aar
e %ebhun, 9FHR2rancois, 9FK@3
og dmaA S og4 - TogG&nde1 dmaA o dimetro máAimo de focos =m@R 4 o coeficientede resist+ncia do focoR G o gradiente de *eocidade mdia =s-9@
e T a constante de tamanho dos focos está*e, um eApoentedependente com o modo de ruptura do foco e o tamanho de
turbihBes que pro*oca a quebra3 # trama do tamanho máAimode focos remanescentes contra o gradiente de *eocidade mdia
dá uma inha com um incinação característica indicati*o daforça de focos e quebrar-se modo3
Ultrassônico
#picação de ondas de$trassons de formacontroada sobre umcampo contendo umasuspensão de focos eobser*ar a erosão dos
focos =Ien e 5ee,9FFR4hu et
a3, 7889@3
Em que d a força de igação do foco =.m -7@R f a força do
campo de utrassom por *oume e tempo =Im -H s@ de focosR
o momento de utrassom =s@R dfo o tamanho dos focos antes
de sonificação =m@R dfo o tamanho dos focos, após asonificação =m@R a constante de proporcionaidade =a reação
entre a área da seção trans*ersa do foco e df 7'!H@R 'f a
dimensão fracta focos e ; o momento de utrassons =s@3
Multi-misturador &s focos são eApostosaos esforçoshidrodinmicos
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gerados por ummisturador que osciade forma controada=6ache et a3, 9FFF@3&s focos *ibram em
uma couna submetida
a quantidade *ariá*ede osciação, a*ibração con*ertida
em energia para osistema3
&nde1 a força de focos =0m -7@R a densidade água
=gm-H@R U a dissipação de energia na atura do foco ruptura=m7 s-H@, e d o dimetro de focos =m@3
Técnicas
microscópicas
micromecânica
# força de traçãonecessária quebrar e
retirar uma parte de umDnico foco =Oeung e
Peton, 9FFV@3&nde1 a força de focos =0m 7W@R d o dimetro de focos
=m@ e 2 a força de ruptura de focos =0@3
&nde1 2 a força de rotura do foco =0@R 4 s o cantie*er rigideC =0m-9@ e ' representa a defeAão cantie*er =m@3
Micromanipula
ção
Medição atra*s deum transdutor de
pressão paracomprimir um
Dnico agregado emsuspensão entreuma mina de
*idro e uma sonda
de fibra ótica at aquebra do foco3=)hang et a3
9FFF@3
@
&nde1 2 a força de ruptura de focos =0@R X asensibiidade do transdutor de força =0Y-9@R I a
tensão de saída =Y@ e I8 a tensão da inha de base
do transdutor de força =Y@3
(endo o 6rasi um país de cima tropica, comum a ocorr+ncia de grandes
precipitaçBes pu*iais, as quais podem carregar matria orgnica, sóidos e demais
materiais depositados próAimos as margens do eito do curso dágua para seu interior,
pro*ocando ateração dos parmetros da água desses mananciais3
GregorJ =9FFF@, eApica que em aguns casos, quando a quaidade da água brutanão sofre ateraçBes apreciá*eis por ongos períodos, a dosagem idea de coaguante
*erificada ocasionamente3 0o entanto, quando eAistem situaçBes nas quais há rápida
mudança da quaidade da água bruta como em enchentes, a quantidade de coaguante
de*e ser a;ustada, frequentemente e de prefer+ncia, utiiCando o monitoramento
contínuo da quantidade de coaguante3 0ormamente muito mais comum o uso testes
estáticos para dosagem do coaguante3 Para o mesmo autor, os ensaios em ;arros de
testes, normamente utiiCados nas estaçBes de tratamento brasieiras para dosagem de
coaguante, são demorados e requerem grandes quantidades de amostras3 #pesar de tais
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ensaios serem Dteis para determinarem as dosagens ideais de coaguantes, não ser*em
para indicar o grau de carificação obtida numa estação de tratamento de água3 "sso
ocorre porque as condiçBes hidrodinmicas durante a mistura rápida e agitação enta nos
;arros de 7 itros de capacidade, não coincidem com as eAistentes nas E/#s3GregorJ =788F@ tambm aduC que a agregação das partícuas pode ser mensurada
por dois principais mtodos1 contagem direta das partícuas e por mtodos de dispersão
da uC3#inda, conforme #II# =7898@, o mtodo de contagem das partícuas, quando
utiiCado em águas de ata turbideC, apresenta aguns inco*enientes, tais como
entupimentos, interrupçBes de fuAo e erros de detecção, su;eitando-se a imitaçBes de
ordem prática3 & referido mtodo possui boa sensibiidade para pequeno nDmero de
partícuas, com turbideC abaiAo de K3
Tabela : $ensores em lin%a t&picos usados em aplica'es de filtra'ão e de coa)ula'ão.
Fonte: adaptado de *++* (!1!#.
ipo de monitoramento cont!nuo "gua#ruta
$oagulação $larificação %iltração
&' 9 9 7 7urbide( 9 H 9 9$ontador de part!culas 7 H 7 9
)bsorção de ultravioleta 9 9 7 7$arbono org*nico total 9 9 7 7+onitoramento da corrente dos fluidos 7 9 H H&erda de $arga diferença de pressão- 0ão usado 0ão usado HZ 99 S monitoramento contínuo muito Dti para o controe dos processos
7 S monitoramento contínuo moderadamente Dti o para o controe dos processos
H S monitoramento contínuonão comumente utiiCados para este processo
H1 Z usado para o contato de adsorção =fitro de desbaste@ carificadores
&bser*a-se na tabea 87 que o monitoramento contínuo da turbideC a maneria
mais efeti*a para o controe da carificação da água3 Para GregorJ e 4hung =9FF@,apud3 %ibas =789H@, possí*e obter informaçBes Dteis quanto < natureCa de agregação
e ruptura dos focos com um procedimento simpes de monitoramento3(egundo GregorJ =788F@, a estática da dispersão da uC ampamente utiiCada
para a obtenção das dimensBes de partícuas e por meio dea possí*e cacuar a
incid+ncia tota da uC dispersa para uma partícua, correacionando-se facimente esses
parmetros com a turbideC de uma suspensão,3G%EG&%O E 0E5(&0 =9F@ apontam uma tcnica promissora baseada em
medidas das futuaçBes na intensidade de uC transmitida por meio de uma suspensão
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que fuida3 Pode-se mostrar que o *aor quadrático mdio =%M(@ das futuaçBes
aumenta < medida que ocorre a agregação3 Em aguns casos, informaçBes quantitati*as
sobre tamanho do agregado podem ser obtida, mas o principa uso da tcnica como um
monitor que fornece um sensí*e índice empírico reacionado com o estado de
agregação3 Esses autores acrescentam que a turbideC de uma suspensão pode ser
facimente determinada por passagem de um feiAe de uC por meio da suspensão
=encerrado numa cua adequada@ e medindo a intensidade da uC transmitida3 4om um
fotodetector, a intensidade da uC transmitida con*ertida em uma tensão de saída, a
qua *aria inearmente com a intensidade da uC3%ibas =789H@, apoiado nos princípios das futuaçBes da turbideC de uma
suspensão apresentados por GregorJ e 0eson =9FV@, desen*o*eu um equipamento
com tecnoogia naciona para monitoração contínua da focuação, obtendo dadosconsistentes em testes reaiCados com águas de diferentes turbideC3
4on*encionamente são utiiCados produtos inorgnicos de origem química no
processo de coaguação, cu;a composição mais comum < base de sufatos e coretos,
tanto de ferro quanto aumínio3 'entre os sais anteriormente apresentados, o aumínio
apresenta maior uso por possuir boa efici+ncia e com baiAo custo, ser de fáci transporte
e mane;o, am de ser produCido em *árias regiBes brasieiras3 0ão obstante isso, ee
apresenta agumas des*antagens e recentemente muita atenção tem sido dada ao seu uso
eAtensi*o =[$#0G et a3, 7888@3 #m disso, segundo 4ora et3 #3 =788F@, o uso
eAtensi*o do sufato de aumínio tem sido discutido de*ido < presença de aumínio
remanescente na água tratada e no odo gerado ao fina do processo, muitas *eCes em
concentraçBes bastante ee*adas, o que dificuta a disposição do mesmo no soo de*ido
< contaminação e o acDmuo deste meta3(egundo Portea et3 a3 =788H@, at pouco tempo atrás os resíduos gerados nas
estaçBes de tratamento de água *inham sendo ançados nos cursos dágua próAimos as
estaçBes3 #s atuais egisaçBes ambientais impBem condiçBes mais se*eras para odescarte destes resíduos, restringindo está prática3
Peas dificudades eencadas acima, tanto no 6rasi, quanto em outros países tem
se intensificado os estudos de no*as aternati*as para substituir os coaguantes químicos
na produção de água potá*e, estes no*os produtos *isam reduCir a quantidade de odo
gerado e eiminar os metais3
6oto e GregorJ =788K@ apresentam as *antagens que os poímeros orgnicos
possuem sobre os sais de aumínio1
• Menor *oume de odo produCidoR
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• #umento menor da carga iNnica da água tratadaR• %edução dos ní*eis de aumínio na água tratadaR• %edução de custo de at 7-H8 \3
0o 6rasi, atuamente eAiste disponí*e no mercado coaguante poimricoorgnico-catiNnico de baiAo peso moecuar, denominado de /anfoc (G, fornecido pea
empresa /anac (3#33 #inda segundo #mada =788@, /anfoc poímero < base de
taninos do tipo pirocatequínico eAtraídos da casca da #cácia 0egra pertencente <s
forestas de Mimosa, do %io Grande do (u3 L um produto não tóAico, ;á sendo utiiCado
por uma srie de empresas e companhias de saneamento no tratamento de efuentes e de
águas de abastecimento3# fabricação do /anfoc en*o*e a poimeriCação por meio da adição de taninos
de formadeído =HK\@, coreto de amNnio, e ácido [idrocorídrico comercia3 & produto
resutante, obtido sob condiçBes especifica de temperatura, possui uma apar+ncia
*iscosa, e contm HV\ de materia ati*o3 0a figura 9 apresentada a pro*á*e estrutura
química do /anfoc =(Á04[E)-M#%/]0 E/3 #53, 7898@3
Fi)ura 1: ,rovvel estrutura u&mica do Tanfloc. Fonte: adaptado de $nc%ez-/art&n et. al. (!1!#.
(egundo (i*a =9FFF@ & tanino atua em sistemas cooidais, neutraiCando cargas
e formando pontes entre essas partícuas, sendo este processo responsá*e pea formação
dos focos e consequente sedimentação3 #s principais propriedades do /anino para
tratamento de água são1
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• 0ão atera o p[ da água tratada uma *eC que não consome
a acainidade do meio, ao mesmo tempo em que efeti*o em uma ampa
faiAa de p[, de :, a ,8R• Possuem propriedade de adsorção dos metais disso*idos
na água, agutinando-os por precipitação no meio, permitindo, dessa
forma, sua remoçãoR• Permitem a eiminação ou redução da toAideC eAistente na
água oriunda de fontescontendo cianofíceas ou bactrias corofiadas, por
eAempoR• (uas mocuas são biodegradá*eis e, portanto, destruídas
no próprio tratamento, não persistindo na água tratada ou no odo gerado3
0ão há grande quantidade de informaçBes pubicadas sobre a reação entre a
estrutura do poímero e o desempenho do tratamento na produção de água potá*eR isto
, sobre a infu+ncia do estrutura moecuar sobre a coaguação ! focuação, sobre as
taAas de tanto aprecipitação e sedimentação, em água do produto quaidade e do teor de
sóidos fina da ama3 %a^ processamento de água normamente en*o*e processos
físico-químicos, baseado na coaguação e de focuação da suspensão sóidos e cooides,
e a adsorção do materia soD*e em substratos sóidos, tais como focos de hidróAido demeta3 =6&5/& E G%EG&%O, ___@3
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