Artigo 1 O Uso Da Cavitação Hidrodinâmica Aplicado Ao Tratamento de Água

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ResumoA cavitao hidrodinmica se apresenta como um processo oxidativo

avanado (POA), permitindo integrar-se aos processos de tratamento de

gua para consumo humano. Esta pesquisa teve como objetivo investigar

os efeitos de diferentes reatores de cavitao hidrodinmica para tratar

gua contaminada com esgoto domstico, avaliando a contaminao

microbiolgica e os parmetros fsico-qumicos. Foram construdos trs

modelos de reatores com diferentes rotores (R1, R2 e R3). Os resultados

obtidos nos reatores R1, R2 e R3 mostraram reduo nas concentraes

dos parmetros qumicos em todas as amostras, particularmente nitritos,

nitratos, bicarbonatos e dureza total, ao passo que a contaminao

microbiolgica teve inativao completa dos microrganismos estudados

(coliformes totais e Escherichia coli).

Palavras-chave: cavitao hidrodinmica; processos oxidativos avanados (POA);

tratamento de gua.

1Doutorando em Engenharia Civil/Saneamento Ambiental pela Universidade Federal do Cear (UFC) Fortaleza (CE), Brasil.2Doutora em Meio Ambiente e Recursos Hdricos pelo cole des Hautes tudes en Sciences Sociales Paris, Frana. Professora do departamento de Engenharia Hidrulica e Ambiental da UFC Fortaleza (CE), Brasil.3Doutor em Qumica Analtica pela Universidade Federal de So Carlos (Ufscar) So Carlos (SP), Brasil. Professor do Departamento de Engenharia Hidrulica e Ambiental da UFC Fortaleza (CE), Brasil.4Doutor em Engenharia Civil/Saneamento Ambiental pela UFC Fortaleza (CE), Brasil. Professor do Departamento de Qumica do Instituto Federal de Educao, Cincia e Energia (IFCE) Crates (CE), Brasil.Endereo para correspondncia: Francisco W. de Sousa Rua Lopes Vieira, s/n 63700-000 Crates (CE), Brasil E-mail: [email protected] Recebido: 01/04/12 Aceito: 27/09/13 Reg. ABES: 314

Artigo Tcnico

o uso da cavitao hidrodinmica aplicado ao tratamento de gua

Use of the cavitation hydrodynamics applied to water treatment

eliezer Fares Abdala Neto1, marisete Dantas Aquino2, Jefferson Pereira Ribeiro1, Carla Bastos Vidal1, Ronaldo Ferreira do Nascimento3, Franscico Wagner de sousa4

ABstRACtThe hydrodynamic cavitation is presented as an advanced oxidation

process (AOP), allowing to integrate the processes of water treatment

for human consumption. This research aimed to investigate the

effects of different hydrodynamic cavitation reactors for treating

water contaminated with sewage, evaluating the microbiological

contamination and physicochemical parameters. Three models

were constructed with different rotors reactors (R1, R2 and R3).

The results obtained in the reactors R1, R2 and R3 have shown a

reduction in the concentrations of chemical parameters in all samples,

particularly nitrites, nitrates, bicarbonates, and total hardness, while

the microbiological contamination was completely inactivation (total

coliforms and Escherichia coli).

Keywords: hydrodynamic cavitation; advanced oxidation processes (AOP);

treatment of water.

InTroduoA cavitao foi primeiramente analisada e descrita por Reynolds em 1840 (CAUPIN & HERBERT, 2006); apesar de ser amplamente estu-dada como um fenmeno danoso para mquinas hidrulicas, por outro lado pode ser inserida no rol das tcnicas fsicas para desinfec-o de gua, dispensando o uso de cloro e ou derivados clorados. Dessa forma, apresenta-se como alternativa promissora, pois permite inte-grar-se aos processos de tratamento de gua para consumo humano (PASCHOALATO et al., 2008).

Dentre os vrios processos de desinfeco utilizados para trata-mento de gua, os que utilizam cloro como agente desinfetante pre-valecem. Entretanto, a reao do cloro com cidos flvicos e hmicos presentes na gua leva a formao dos trihalometanos (THM), reco-nhecidos como poderosos depressores da sade humana e cancerge-nos (FERREIRA FILHO & SAKAGUTI, 2008; PASCHOALATO et al., 2008; SOUZA & DANIEL, 2005).

O uso de tcnicas hbridas para tratamento de gua, sem o uso de cloro, com destaque para a combinao de radiao UV/ozonizao,

DoI: 10.1590/S1413-41522014000200001

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Abdala Neto, E.F. et al.

ultrassom/ozonizao e UV/POA, vem se destacando nos ltimos anos (JYOTI & PANDIT, 2004; PASCHOALATO et al., 2008).

Em contrapartida, uma tcnica alternativa de desinfeco que vem despontando no cenrio mundial para tratamento de gua a cavitao. A cavitao um processo oxidativo avanado (POA) bastante utilizado no tratamento de gua e efluentes, caracte-rizada pela gerao de cavidades, com posterior crescimento e colapso de bolhas que liberam grandes quantidades de energia (DELME, 2003; CAUPIN & HERBERT 2006; GOGATE, 2007; JYOTI & PANDIT, 2004). Os principais efeitos dos fenmenos de cavitao so a gerao de condies de temperatura e pres-so muito elevadas com liberao de radicais livres altamente reativos e de gerao de microturbulncias, aumentando assim as taxas de fenmenos de transporte (DELME, 2003; JYOTI & PANDIT, 2004).

O fenmeno de cavitao pode ocorrer de duas formas: uma devido passagem de ondas sonoras de alta frequncia, chamado cavitao acstica (ultrassonificao), e outra devido a variaes de presso no lquido, que flui graas mudana na geometria no sis-tema de fluxo, chamado cavitao hidrodinmica (DELME, 2003; JYOTI & PANDIT, 2004).

Os reatores de cavitao hidrodinmica tm amplo uso nos proces-sos de desinfeco de gua, (MASON, 1992). A literatura relata diver-sos trabalhos que usam a cavitao hidrodinmica para tratamento de gua (ARROJO & BENITO, 2008; JYOTI & PANDIT, 2001).

O presente trabalho teve como objetivo investigar os efeitos de dife-rentes geometrias de reatores de cavitao hidrodinmica para desin-feco de gua contaminada com esgoto domstico avaliando a con-centrao de indicadores de contaminao microbiolgica (coliformes totais e Escherichia coli) e parmetros fsico-qumicos.

MeTodologIA

Local dos experimentosA gua utilizada nos experimentos foi proveniente de um poo locali-zado na estao climatolgica da Universidade Federal do Cear (UFC), com profundidade de 49 m, nvel esttico de 23 m, nvel dinmico de 43 m e vazo de 4.200 L.h-1. Esse poo foi escolhido por se localizar nas proximidades do local das instalaes experimentais, nas dependn-cias do Ncleo de Tecnologia Industrial do Cear (NUTEC), e tam-bm por atender aos padres de potabilidade vigente, Portaria no 518 do Ministrio da Sade do Brasil (BRASIL, 2005).

Preparao das amostrasUm tanque com capacidade de 1.500 L foi utilizado para reservar gua bruta coletada em cada um dos dias de experimento. A esse volume

foram realizadas inoculaes de esgoto bruto domstico, coletado em um poo de visita da Companhia de gua e Esgoto do Estado do Cear (CAGECE), localizada no interior do cmpus da UFC.

Foram coletados 20 L de esgoto bruto divididos em 4 coletas ao longo do dia, nos seguintes horrios: 08, 11, 14 e finalizando s 17h, com o acondicionamento sob refrigerao. Dessa forma, buscaram-se os horrios de pico com o objetivo de obter maior concentrao micro-biolgica nas amostras. No dia seguinte, as amostras de esgoto foram homogeneizadas e separou-se uma alquota de 4,8 L para ser adi-cionada a gua bruta. Na Tabela 1 esto apresentados os resultados mdios das caractersticas da gua bruta, com e sem inoculao de esgoto bruto domstico.

A concepo do reator de cavitao hidrodinmica A Figura 1 apresenta o esboo das peas que compem os rea-tores construdos e os instrumentos de monitoramento: presso, temperatura e rotao dos rotores devidamente instalados. Foram construdos trs modelos de reatores (R1, R2 e R3), com diferen-tes nmeros de orifcios usinados na face superior do rotor, nica pea mvel do equipamento responsvel pelo efeito de cavitao hidrodinmica aplicada ao lquido, portanto as demais no sofre-ram alteraes dimensionais.

Caractersticas gua brutagua bruta

com inoculao

pH a 25C 7,91 8,07

Condutividade (micromhos.cm-1) 1012,00 964,00

Alcalinidade parcial (mgCaCO3.L-1) 2,00 10,90

Alcalinidade total (mgCaCO3.L-1) 254,40 248,50

Dureza total (mgCaCO3.L-1) 156,00 145,10

Matria orgnica (mgO2.L-1) Nd 0,60

Nitritos (mgN-NO2-.L-1) 0,01 0,30

Slidos dissolvidos (mg.L-1) 758,00 721,00

Slidos totais (mg.L-1) 842,00 834,00

Clcio (mgCa2+.L-1) 11,40 8,40

Magnsio (mgMg2+.L-1) 31,00 30,20

Sdio (mgNa+.L-1) 160,00 158,00

Potssio (mgK+.L-1) 30,70 28,00

Ferro total (mgFe.L-1) 0,20 0,90

Cloretos (mgCI-.L-1) 157,40 157,90

Carbonatos (mgCO32- .L-1) 2,40 13,10

Bicarbonatos (mgHCO3-.L-1) 305,60 276,60

Hidrxidos (mgOH-.L-1) Nd Nd

Sulfatos (mgSO4

2- .L-1) 54,20 43,90

Nitratos (mgN-NO3-.L-1) 3,10 9,60

Coliformes totais (NPM.100mL-1) 2,89 x 10 2,85 x 106

Escherichia coli (NPM.100mL-1) 1,20 x 10 6,27 x 105

tabela 1 Valores mdios para os parmetros fsico-qumicos e micro-biolgicos da gua bruta, com e sem a inoculao de esgoto bruto.

Nd: no detectado.


O uso da cavitao hidrodinmica aplicado ao tratamento de gua

O reator foi construdo com eixo em ao inox 304, medindo 50,8mm de dimetro e comprimento de 400,0 mm. O rotor foi usi-nado em alumnio com 508 mm de dimetro e 80 mm de espessura, e os orifcios mediam 18 mm de dimetro e tinham profundidade de 150 mm. Odiferencial empregado se deu nas quantidades de orifcios usinados nos rotores: para o rotor 1 (R1), foram usinados 14orif-cios; para o rotor 2 (R2), 20 orifcios; e para o rotor 3 (R3), 26orif-cios. Emtodos os rotores construdos os orifcios foram distribudos uniformemente em sua face superior. Adiferena entre o dimetro interno do estator e o dimetro externo do rotor ficou em 1,5 mm.

Para a seleo da velocidade de rotao, optou-se por seguir os resultados obtidos por Jyoti e Pandit (2001), os quais realizaram experimentos conduzindo um reator de cavitao. Os resultados mostraram que, operando em baixas rotaes, ocorreu baixa taxa de desinfeco, medida que a velocidade aumentava, o ndice de desinfeco tambm aumentava. Esse efeito foi observado entre 4.000 e 8.000rpm. O efeito mximo observado foi 8.000 rpm, ao passo que, para velocidades acima de 8.000 at 12.000 rpm, ocorreu queda na taxa de desinfeco. Tendo como base esses parmetros, o rea-tor empregado nesta pesquisa operou com velocidade rotacional de 8.200rpm, acionado por um motor eltrico (de marca WEG) de 20 KW, 6 polos, tenso nominal de 380 V-120 Hz, acoplado a um inver-sor de frequncia WEG-CFW 11. A presso foi monitorada por um manmetro (marca Famabras Srie FSG), a temperatura por ter-mmetro digital (Minipa), e para a velocidade rotacional foi usado um contador de giro (marca Racetronix).

Configurao do experimentoO aparato experimental foi montado conforme a Figura 2, com dois reservatrios (tanque 1 e 2), bomba hidrulica, registros hidrulicos, reator de cavitao e motor eltrico.

O tanque 1, com capacidade de 1.500 L (dimetro de 1.830mm e altura de 990 mm), serviu ao mesmo tempo como reservatrio de gua bruta inoculada e para resfriamento da gua tratada que era armazenada no tanque 2. Uma bomba hidrulica (Danfoss) operou com 0,25 kWh em 220 V, com suco de gua direta do tanque1. Norecalque, por uma tubulao de cloreto de polivinila (PVC) com de polegadas de dimetro, havia dois ramais com registros hidru-licos, sendo um para alimentar o reator de cavitao e outro para retornar com o excedente ao tanque 1, conforme seleo da vazo a ser experimentada, auxiliada por um rotmetro (Tecnofluid) insta-lado na jusante do registro.

Aps a gua ser submetida ao reator de cavitao, seguia por uma tubulao de cobre de de polegada de dimetro e 6 m de comprimento, em espiral, posicionada submersa no tanque de gua bruta no tanque 1, para condensar at sua chegada ao tanque 2 (capacidade de 200 L), ao passo que a gua bruta era preaquecida, auxiliando o processo.

Os ensaios com os reatores R1, R2 e R3 foram realizados em modo contnuo, divididos em duas etapas para cada modelo de reator. Na 1 etapa, foram feitos 10 experimentos com os reatores operando com vazes de 40, 60, 80 e 100 L.h-1. Esses testes objeti-varam avaliar a vazo que promove a ebulio da gua de estudo em menor tempo de operao, visto que a otimizao da velocidade de ebulio da gua influi diretamente na eficincia de desinfeco, bem como na reduo de consumo de energia do sistema. Para isso, foi realizado o ajuste da vazo de alimentao via rotmetro e, em seguida, foi iniciada a operao do reator em modo contnuo por 39 min. Esse tempo de operao se justifica devido aos resultados preliminares (em 35min) terem indicado uma constncia na tempe-ratura independente das vazes estudadas. Portanto, o intervalo de tempo de 39 min estipulado contempla a estabilizao do processo.

Figura 1 Conjunto de componentes do reator de cavitao utilizado no estudo.

Ponto de sada

Rotor

Eixo

Mancal lateral

Ponto de entrada

Placas laterais

Orifcios

Estator

Termmetro

Manmetro

Contagiro

Termmetro

Figura 2 Montagem do experimento com o reator de cavitao hidrodinmica.

Tanque 1

Motor eltrico

Reator de cavitao

Vlvula hidrulica

Linha de retorno(by-pass)

Tanque 2 Bomba Rotmetro

Linha de alimentaodo reator



O monitoramento da temperatura foi realizado por termopares ins-talados no ponto de entrada e sada da gua do reator, medidos em intervalos de 3 min para melhor aferir o comportamento do sistema e as alteraes de estado do fluido (perfazendo 13 coletas para cada experimento). No total foram analisadas 130 amostras referentes a 1 etapa de experimentos para cada tipo de reator (R1, R2 e R3).

Na 2 etapa dos experimentos, avaliou-se a desinfeco obtida para os indicadores de contaminao microbiolgica (colifor-mes totais e Escherichia coli), com os reatores R1, R2 e R3 ope-rando nas suas vazes de maior rendimento trmico (otimizadas). Realizaram-se 10 experimentos para cada um dos reatores, com amostras coletadas no incio de cada um deles para gua bruta e gua bruta inoculada, e para gua tratada a coleta foi realizada aps 25 min de operao dos reatores. Amostras destinadas s an-lises fsico-qumicas foram coletadas em frascos de plsticos com capacidade de 1.500 mL, e as amostras para os exames microbio-lgicos, em frascos esterilizados com capacidade de 100 mL. Aps as coletas, as amostras foram identificadas, refrigeradas em caixa de isopor e conduzidas para os laboratrios de qumica e micro-biologia do Ncleo de Tecnologia Industrial do Cear (NUTEC) e Laboratrio de Saneamento Ambiental da Universidade Federal do Cear (LABOSAN).

Todas as amostras utilizadas no presente trabalho no sofreram nenhum tratamento preliminar para realizao deste estudo.

Na Tabela 2 esto apresentados os parmetros e exames analisa-dos com seus respectivos mtodos analticos empregados e referncias.

resulTAdos e dIscusso

Otimizao da vazo para cada tipo de reator experimentado Os resultados mdios de temperatura obtidos com o uso dos diferentes reatores de cavitao nas vazes de 40, 60, 80 e 100 L.h-1 esto mostra-dos na Figura 3. Observou-se que o reator R1, nas condies em que foi dimensionado, conforme apresentado na Figura 3a, atingiu o pico mximo de temperatura de gua tratada em 60C, estabilizando-se 30min aps o inicio da operao na vazo de 80 L.h-1. Ao passo que, no reator R2, a estabilidade foi atingida aps 33 min de incio de ope-rao com vazo de 60 L.h-1, atingindo a mxima temperatura em 78C.

Para o reator R3, os resultados ressaltam que, para uma vazo de 40L.h-1, o sistema entra em ebulio a 33 min de operao, ao passo que, na vazo de 60 L.h-1, a temperatura de 100C foi estabilizada com 21 min do incio da operao do sistema, conferindo-lhe a melhor con-dio de operao. Em contrapartida, para uma vazo de 80 L.h-1, a ebuli-o foi atingida em 30 min de operao, enquanto na vazo de 100 L.h-1

a produo de vapor no alcanada de modo contnuo. Aausncia de estabilizao da temperatura de ebulio para a vazo de 100 L.h-1, pode ser devida taxa de renovao de gua dentro do reator, a qual pode impossibilitar a absoro de calor da parcela de lquido a ponto de mudar seu estado.

Segundo Suslick et al. (1999) e Gogate et al. (2006), em um ambiente de ondas cavitantes, com colapso das bolhas, podem ser produzidos pontos quentes com temperaturas efetivas e presses bastantes elevadas,

tabela 2 Parmetros e exames analisados com seus respectivos mtodos analticos empregados e referncias.

Parmetros Mtodos analticos Referncia

Alcalinidade total (mgCaCO3.L-1) 2320 B Titration Method APHA, 1998

Dureza total (mgCaCO3.L-1) 2340 C EDTA Tritimetric Method APHA, 1998

Nitritos (mgN-NO22-.L-1) 4500 B Colorimetric Method APHA, 1998

Nitratos(mgN-NO3-.L-1) Mtodo do Silicato de Sdio Rodier, 1990

Clcio(mgCa 2+ .L-1) 3500 Ca EDTA Titrimetric Method APHA, 1998

Magnsio (mgMg2+.L-1) 3500 Mg B Calculation Method APHA, 1998

Sdio (mgNa+.L-1) 3500 Na B Flame emission photometric APHA, 1998

Potssio (mgK+.L-1) 3500 K B Flame photometric Method APHA, 1998

Ferro total (mgFe.L-1) 3500 B Phenanthroline Method APHA, 1998

Cloretos (mgCI-.L-1) 4500 Cl- B Argentometric Method APHA, 1998

Bicarbonatos (mgHCO3-/L) 2320 B Titration Method APHA, 1998

Sulfatos (mg SO4 2-.L-1) 4500 SO4- E Turbidimetric Method APHA, 1998

Slidos Totais (mg.L-1) 2540 Solids B Total solids dried at 103-105 C APHA, 1998

Condutividade (micromhos.cm-1) 2510 B Laboratory Method APHA, 1998

Oxignio consumido (mg.L-1) Mtodo perganomtrico Rodier, 1990

Coliformes totais (NPM.100mL-1) 9221D APHA, 1998

Escherichia coli (NPM.100mL-1) 9221E APHA, 1998



Figura 3 Resultados mdios de temperatura no ponto de sada de gua tratada com R1, R2 e R3.

a) Valores mdios de temperatura da gua no reator R1 para as diferentes vazes experimentadas.

b) Valores mdios de temperatura da gua no reator R2 para as diferentes vazes experimentadas.

c) Valores mdios de temperatura da gua no reator R3 para as diferentes vazes experimentadas.

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

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Tem

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atu

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Tem

per

atu

ra

C

0 3 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39

25 25 27 31 35 37 40 43 46 50 51 51 51

26 27 30 34 37 40 44 47 50 53 55 56 56

25 29 35 39 45 50 55 57 59 60 60 60 60

26 26 28 30 34 37 40 44 46 48 48 48 48

0 3 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39

25 35 41 48 54 60 64 69 70 71 72 71 72

26 39 45 52 56 62 66 71 76 76 78 78 78

26 27 32 35 38 44 48 51 58 63 64 63 64

26 27 32 35 38 44 48 51 58 63 64 63 64

0 3 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39

25 54 61 71 77 83 89 92 96 99 100 100 100

26 61 66 76 86 95 101 101 102 103 102 102 103

26 56 65 74 84 87 91 94 97 101 101 101 102

25 50 59 68 79 86 90 92 95 96 97 97 98

Tempo (min)

40 L.h-1

60 L.h-1

80 L.h-1

100 L.h-1

Tempo (min)

40 L.h-1

60 L.h-1

80 L.h-1

100 L.h-1

Tempo (min)

40 L.h-1

60 L.h-1

80 L.h-1

100 L.h-1



bem como taxas de aquecimento e resfriamento extremamente rpidas. O reator de cavitao R3, operando com vazo de 60 L.h-1, apresentou o maior nmero de orifcios usinados no rotor e, possivelmente, poten-cializa maior formao, crescimento e subsequente colapso de micro-bolhas. Alm disso, operando nas condies de vazo de 60 L.h-1, apre-sentou tambm melhor correspondncia entre os colapsos das bolhas e a simultnea transmisso da energia trmica massa lquida, bem como a taxa de renovao da gua que alimenta o reator.

Os resultados obtidos com o monitoramento da presso de des-carga para o reator R3 so mostrados na Figura 4. Observa-se que nas vazes de 40, 80 e 100 L.h-1 houve pequenas variaes nos valores de presso, em comparao com os resultados com a vazo de 60 L.h-1, a qual atingiu o valor mximo em menor tempo.

Arrojo e Benito (2008) relataram que o acrscimo da presso ace-lera o colapso das bolhas promovendo a difuso dos radicais hidroxilas (OH) na fase lquida. Jyoti e Pandit (2004) relatam que o aumento da presso torna o processo de desinfeco dos micro-organismos mais efetivo, bem como o rpido aumento da temperatura.

Avaliao da qualidade fsico-qumica e microbiolgica da gua bruta e tratadaPara os reatores R1 e R2, observaram-se, conforme resultados apresen-tados na Tabela 1, alteraes mnimas nos parmetros fsico-qumicos estudados, indicando alteraes no significativas nas caractersticas da gua tratada.

Para o reator R3, operando a vazo de 60 L.h-1, os resultados refe-rentes determinao dos parmetros fsico-qumicos indicam forte influncia da gua submetida aos fenmenos da cavitao hidrodin-mica, o que pode ser constatado nas alteraes observadas nas carac-tersticas fsico-qumicas da gua tratada. Em relao ao pH houve uma pequena diminuio, provavelmente pela oxidao de espcies orgnicas presentes na gua, provocando consumo da alcalinidade durante o processo. Segundo Teixeira e Jardim (2004), o colapso das

bolhas provoca a formao de tomos reativos de hidrognio, os quais so responsveis por promover reaes de oxidao de compostos org-nicos. A reduo da matria orgnica pode ter sido provocada pelos radicais livres que proporcionam a oxidao dos compostos orgnicos. Esses tomos reativos podem ter provocado redues considerveis nos nveis de alcalinidade parcial, carbonatos, bicarbonatos e nitratos, conforme observado na Tabela 3. Tambm pode ser observado que o pH das amostras situaram-se entre 7 e 8, indicando que a alcalinidade base de bicarbonato.

Teores de bicarbonatos, responsveis pela dureza, foram reduzidos durante o processo devido precipitao destes, o que pode ser verifi-cado pelos baixos valores na gua tratada. Devido ausncia de valores de referncia da Portaria n 518 do Ministrio da Sade (BRASIL, 2005) para esse parmetro, os valores finais da gua tratada demonstram que o processo de cavitao hidrodinmica mostra grande potencialidade na reduo de bicarbonatos, possivelmente atribudo ao aumento da tem-peratura da gua e diminuio da solubilidade.

A Tabela 4 apresenta os resultados obtidos para os indicadores de contaminao microbiolgica (coliformes totais e Escherichia coli), com os reatores operando em suas vazes de maior rendimento tr-mico (otimizadas).

Para as condies de dimensionamento aplicadas nos reatores R1 e R2, operando com vazo otimizada de 80 e 60 L.h-1, respectivamente, observou-se que, embora tenha ocorrido decaimento na concentrao de coliformes totais e Escherichia coli para as amostras de gua tra-tada analisadas, os resultados obtidos apresentaram-se sempre acima do que preconiza a Portaria no 518 do Ministrio da Sade do Brasil (BRASIL, 2005), portanto atestando a baixa eficincia dos modelos de reatores R1 e R2.

Para o reator R3, operando com vazo de 60 L.h-1, observou-se que os valores obtidos para a gua tratada se enquadraram dentro da faixa estabelecida pela legislao vigente no Brasil (BRASIL, 2005), eviden-ciando que o tratamento eficaz para eliminao dos patgenos estu-dados. Essa eficincia na desinfeco pode ser atribuda ruptura das clulas dos micro-organismos, submetidas ao intenso efeito da cavi-tao no lquido (JYOTI & PANDIT, 2004), o qual gera temperaturas e presses elevadas no ambiente interno do lquido (GOGATE et al., 2001). Outro fator que pode ter contribudo para esse resultado a temperatura na faixa de ebulio (100C), que dessa forma impem aos micro-organismos uma maior condio de desnaturao de suas protenas provocando sua morte.

Jyoti e Pandit (2003) alcanaram um percentual de desinfeco de 70% para coliformes totais e 57% para coliformes fecais utilizando cavitao hidrodinmica com placa com mltiplos orifcios em uma presso de 1,72 bar. Doulah e Hammond (1975) sugeriram que um mecanismo de movimentos circulares em um lquido induz que as clulas entrem em ressonncia. Quando esses movimentos circulares

Figura 4 Monitoramento da presso medida no ambiente interno do reator de cavitao R3, operando nas vazes de 40, 60, 80 e 100 L.h-1.

2,5

2

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00 3 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39

Tempo (min)

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(Bar

)

40 L.h-1

60 L.h-1

80 L.h-1

100 L.h-1



tabela 3 Caractersticas fsico-qumicas da gua bruta, gua bruta inoculada e gua tratada para os diferentes reatores de cavitao hidrodinmica operando com suas vazes otimizadas.

Caractersticas gua brutagua bruta inoculada

gua tratadaValores de referncia

Portaria N 518 (BRASIL, 2005)Reator R140 L.h-1

Reator R240 L.h-1

Reator R360 L.h-1

pH a 25C 7,91 8,07 8,0 7,55 7,15 6,0 a 9,5

Condutividade (micromhos.cm-1) 1012,00 964,00 964,0 988,00 860,00

Alcalinidade parcial (mgCaCO3.L-1) 2,00 10,90 7,8 9,00 Nd

Alcalinidade total (mgCaCO3.L-1) 254,40 248,50 239,9 213,70 163,40

Dureza total (mgCaCO3.L-1) 156,00 145,10 144,8 138,30 62,60 500,0 mg.L-1

Oxignio consumido (mgO2.L-1) Nd 0,60 Nd Nd Nd

Nitritos (mgN-NO2-.L-1) 0,01 0,30 0,2 0,30 0,04 1,0 mg.L-1

Slidos dissolvidos (mg.L-1) 758,00 721,00 750,4 742,00 602,00 1000,0 mg.L-1

Slidos totais (mg.L-1) 842,00 834,00 822,1 847,50 796,00

Clcio (mgCa2+.L-1) 11,40 8,40 9,0 9,40 8,40

Magnsio (mgMg2+.L-1) 31,00 30,20 31,7 28,00 10,10

Sdio (mgNa+.L-1) 160,00 158,00 165,4 177,10 154,00 200,0 mg.L-1

Potssio (mgK+.L-1) 30,70 28,00 29,9 25,40 27,30

Ferro total (mgFe.L-1) 0,20 0,90 0,9 0,80 0,20 0,3 mg.L-1

Cloretos (mgCI-.L-1) 157,40 157,90 155,8 158,00 153,20 250,0 mg.L-1

Carbonatos (mgCO32- .L-1) 2,40 13,10 Nd Nd Nd

Bicarbonatos (mgHCO3-.L-1) 305,60 276,60 300,2 298,50 199,30

Hidrxidos (mgOH-.L-1) Nd Nd Nd Nd Nd

Sulfatos (mgSO4

2- .L-1) 54,20 43,90 50,5 56,20 46,50 250,0 mg.L-1

Nitratos (mgN-NO3-.L-1) 3,10 9,60 9,4 8,70 1,10 10,0 mg.L-1

(-) no regulamentado; Nd: no detectado.

tabela 4 Resultados dos exames microbiolgicos para amostras de gua bruta inoculada e gua tratada durante os experimentos com os reatores R1, R2 e R3 operando com suas vazes otimizadas.

Testes Parmetros gua bruta inoculada

gua tratada

R1 R2 R3

80 L.h-1 60 L.h-1 60 L.h-1

Teste 1Coliformes totais (NPM.100 mL-1) 2,4x106 7,4x105 1,9x103 Nd

Escherichia coli (NPM/100 mL-1) 36,4x104 8,7x104 1,7x102 Nd



















Nd: No detectado.



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referncIAs

aplicados massa lquida esto em escala compatvel com as vibraes das clulas, so transmitidos apenas movimentos oscilatrios para elas sem causar ruptura. Entretanto, medida que esse movimento oscilat-rio excede a fora da membrana da clula causa sua ruptura, ampliando o efeito da desinfeco no meio lquido.

conclusoO controle da vazo da gua de alimentao do reator de cavitao associado ao nmero de orifcios e velocidade de homogeneizao

tem influncia direta na estabilizao da temperatura de ebulio da gua. O reator de cavitao operando com 8.200 rpm, contendo 26 orifcios na face superior do rotor a uma vazo de 60L.h-1, aps 21 minutos de funcionamento, estabilizou-se, mantendo constante a temperatura de ebulio da gua tratada, reduzindo significativa-mente concentraes de vrios parmetros fsico-qumicos bem como de indicadores de contaminao microbiolgica, destacando-se as redues de nitrito e nitrato e a inativao completa dos micro-orga-nismos estudados (coliformes totais e Escherichia coli), alcanando nveis de potabilidade.

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Artigo 1 O Uso Da Cavitação Hidrodinâmica Aplicado Ao Tratamento de Água