UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA AGRCOLA

USO DE COAGULANTE EXTRADO DE SEMENTES DE Moringa oleifera COMO AUXILIAR NO TRATAMENTO DE

GUA POR FILTRAO EM MLTIPLAS ETAPAS

MONALISA FRANCO

CAMPINAS

AGOSTO DE 2010

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA AGRCOLA

USO DE COAGULANTE EXTRADO DE SEMENTES DE Moringa oleifera COMO AUXILIAR NO TRATAMENTO DE

GUA POR FILTRAO EM MLTIPLAS ETAPAS Dissertao submetida banca examinadora para a obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Agrcola, na rea de Concentrao em gua e Solo.

MONALISA FRANCO

Orientador: Prof. Dr. Jose Euclides Stipp Paterniani

CAMPINAS

AGOSTO DE 2010

ii

FICHA CATALOGRFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA DA REA DE ENGENHARIA E ARQUITETURA - BAE -

UNICAMP

F848u

Franco, Monalisa Uso de coagulante extrado de sementes de moringa oleifera como auxiliar no tratamento de gua por filtrao em mltiplas etapas / Monalisa Franco. --Campinas, SP: [s.n.], 2010.

Orientador: Jos Euclides Stipp Paterniani. Dissertao de Mestrado - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrcola.

1. gua - Purificao. 2. Filtrao. 3. Coagulantes. 4. Saneamento rural. I. Paterniani, Jos Euclides Stipp. II. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Agrcola. III. Ttulo.

Ttulo em Ingls: Use of coagulant extracted from moringa oleifera seed as auxiliary in water treatment by multistage filtration system

Palavras-chave em Ingls: Water - Purification, Filtration, Coagulants, Rural sanitation

rea de concentrao: gua e solo Titulao: Mestre em Engenharia Agrcola Banca examinadora: Ricardo de Lima Isaac, Denis Miguel Roston Data da defesa: 19/08/2010 Programa de Ps Graduao: Engenharia Agrcola

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iv

O despertamento da cincia oportunidade para avivamento de vidas

PASTOR AGUIAR.

v

minha amada famlia, fonte de amor incondicional. DEDICO

A Deus, pela sua graa, amor e perdo. Razo de estar aqui.

OFEREO

vi

AGRADECIMENTOS

Deus, por realizar um sonho meu e se valer dele para transmitir esperana para este mundo;

toda a minha famlia, que tanto amo, pela pacincia e incentivo dados a mim. Nesta etapa ns vencemos e superamos juntos a distncia e o tempo. Esta vitria ento nossa!

Faculdade de Engenharia Agrcola UNICAMP, pela oportunidade oferecida;

Ao meu Orientador, Professor Dr. Jos Euclides Stipp Paterniani, por dar mais que orientao, pelos conselhos e ajudas. Agradeo pela segurana transmitida, pela responsabilidade compartilhada e pela confiana depositada em mim durante estes anos;

Aos professores da Ps-Graduao da FEAGRI.

Aos tcnicos laboratoriais, Gelson, Tlio, Agmon e Domitila, pela doao e amizade adquirida ao longo desses anos, e em especial ao Giovanni, pela amizade fortalecida durante este tempo;

Aos funcionrios da FEAGRI, Jos Maria, Rosangela, Dona Terezinha, pelo apoio e dedicao ao trabalho;

Aos queridos amigos da ps-graduao: Conan, Marcio Mesquita, Karol, Camila, Adriana, Samuel, Danny, Gabi, Rvia, Franciana, Douglas, Camilo, Rojane, Laura, Michelle Rodrigues, Mara, Franciane, Vania e todos os outros que convivi intensamente por todo esse tempo. Responsveis por grandes alegrias em minha vida!

Aos amigos da graduao da FEAGRI, Jamile, Marina, e toda a turma da disciplina FA 015 Desenvolvimento Rural Sustentado, do primeiro semestre de 2009, pelo respeito e confiana

vii

s minhas amigas de repblica, Dani, Isa, Nani, Dri, Simoni, Laura, Jssica e Gi. Tornaram meu tempo em Campinas mais alegre e cheio de companheirismo.

Aos amigos da Juventude Nazarena de Morungaba, sem dvida, minha alegria e conforto nos finais de semana. Pessoas que Deus utilizou para cuidar de mim.

Aos professores, Ronaldo Pelegrini e Nbia Natalia pela orientao e iniciao na vida acadmica;

Fapesp (Processo2007/57675-9) e ao CNPq (Processo551388/2007-2) pela concesso de bolsa e financiamento do projeto de pesquisa, que possibilitaram melhores condies para a realizao deste trabalho;

Ao Santander pela concesso de bolsa de mobilidade estudantil, favorecendo a realizao de intercmbio.

Universidade Politcnica de Valncia, em especial ao professor Doutor Jose Miguel Arnal Arnal, Beatriz Fayos, Rosa e Adri, que favoreceram minha estada durante o intercmbio e me auxiliaram neste tempo de aprendizado.

Josefina, Dicle e Dilan que foram como irms no tempo de estada em Valencia, Bea, Maria e Rodri, amigos para toda vida, ao senhor Julio por ser to cuidadoso e prestativo no trato comigo.

A Comisso de Ps-Graduao da Faculdade de Engenharia Agrcola, pela acolhida, profissionalismo, apoio e amizade.

A todos, Muito Obrigada!

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SUMRIO

RESUMO ................................................................................................................................xvii ABSTRACT .......................................................................................................................... xviii

1. INTRODUO ....................................................................................................................... 1 2.1. Objetivo geral ................................................................................................................... 3 2.2. Objetivos especficos ........................................................................................................ 3

3. REVISO BIBLIOGRFICA ................................................................................................ 4 3.1 Qualidade de gua ............................................................................................................. 4 3.2 Poluio ............................................................................................................................. 4

3.3 Necessidade de tratamento ................................................................................................ 4 3.4. Tecnologias apropriadas para tratamento de gua no meio rural ..................................... 5

3.4.1 Filtrao em Mltiplas Etapas .................................................................................... 5 3.4.2 Coagulao e floculao ........................................................................................... 10

3.4.3 Floculao granular .................................................................................................. 11 3.4.4 Coagulantes naturais ................................................................................................. 13

3.4.5 Moringa oleifera ....................................................................................................... 14 4. MATERIAL E MTODOS ................................................................................................... 16

4.1 Local da realizao do experimento ................................................................................ 16 4.2 gua Bruta ....................................................................................................................... 16 4.3 Instalao Piloto do Sistema de Filtrao em Mltiplas Etapas ...................................... 17

4.3.1 Reservatrio Externo ................................................................................................ 17

4.3.2 Pr-Filtro Dinmico .................................................................................................. 18 4.3.3 Pr-Filtro ................................................................................................................... 19 4.3.4 Filtro Lento ............................................................................................................... 20

4.3.5 Floculador granular .................................................................................................. 23 4.3.6 Reservatrios internos: R1 e R2 ............................................................................... 23 4.3.7 Painel de controle ..................................................................................................... 24

4.4 Soluo Coagulante ......................................................................................................... 24

4.4.1 Preparo da soluo coagulante a partir de sementes de Moringa oleifera ............... 25 4.4.2 Dosagem da soluo coagulante ............................................................................... 26 4.4.3 Pontos de aplicao da soluo coagulante .............................................................. 30

ix

4.5 Pontos de coleta de amostras ........................................................................................... 30 4.6 Monitoramento do sistema experimental ........................................................................ 30 4.7 Forma de anlise dos resultados ...................................................................................... 31

5. RESULTADOS E DISCUSSO .......................................................................................... 34 5.1 Ensaios de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME Ausncia de soluo coagulante .............................................................................................................................. 34

5.1.1 Filtros lentos 1, 2, 3 e 4 com 3 camadas de mantas no tecidas de 400g.m- de gramatura (3 M2). .............................................................................................................. 34 5.1.2 Filtros lentos 1, 2 e 3 com trs camadas de manta no tecida de 400g.m- gramatura (3 M2) e filtro lento 4 com uma camada de manta no tecida de 150g.m- de gramatura (1 M1) ............................................................................................................... 39

5.2 Ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME Presena de soluo coagulante, ausncia de floculao .......................................................................... 44

5.2.1 Filtros lentos 1, 2, 3 e 4 com trs camadas de manta no tecida de 400g.m- .......... 45 5.2.2 Filtros lentos 1, 2 e 3 com trs camadas de manta no tecida de 400g.m- e Filtro lento 4 com uma camada de manta no tecida de 150g.m- .............................................. 51

5.3 Ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME Presena de soluo coagulante, presena de floculao .......................................................................... 57

5.3.1 Filtros lentos 1, 2, 3 e 4 com trs camadas de manta no tecida de 400g.m- de gramatura (3 M2). .............................................................................................................. 57 5.3.2 Filtros lentos 1, 2, 3 trs camadas de manta no tecida de 400g.m- de gramatura (3 M2) e filtro lento com uma camada de manta no tecida de 150g.m- de gramatura (1 M1)..........................................................................................................................63 5.3.3 Filtro lento 4 com uma camada de manta no tecida de 150g.m- e 53,0mg.L-1 de Moringa oleifera ................................................................................................................ 69

5.4 Consideraes sobre perda de carga .................................................................................... 73 5.5 Consideraes sobre pH, temperatura, oxignio dissolvido e condutividade eltrica......... 74

5.6 Resultados gerais de turbidez e cor aparente ................................................................... 75 6. CONCLUSES ..................................................................................................................... 78 7. RECOMENDAES ............................................................................................................ 80 8. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .................................................................................. 81

x

ANEXO 1 .................................................................................................................................. 84

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Caractersticas das mantas no tecidas utilizadas no topo da camada do meio filtrante dos filtros lentos. .......................................................................................................... 21

Tabela 2. Eficincia de remoo de turbidez (%) das etapas do sistema FIME ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica ausncia de soluo coagulante FL 1, 2, 3 e 4 com 3 M2 ................................................................................................................................... 36

Tabela 3. Eficincia de remoo de cor aparente (%) das etapas do sistema FIME ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica ausncia de soluo coagulante FL 1, 2, 3 e 4 com 3 M2. .................................................................................................................................. 37

Tabela 4. Eficincia de remoo de turbidez (%) das etapas do sistema FIME ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica ausncia de soluo coagulante FL 1, 2 e 3 com 3 M2, FL4 com 1 M1. ........................................................................................................ 41

Tabela 5. Eficincia de remoo de cor aparente (%) das etapas do sistema FIME ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica ausncia de soluo coagulante FL 1, 2 e 3 com 3 M2, FL4 com 1 M1. ........................................................................................................ 42

Tabela 6. Valores mdios de pH, temperatura (T), oxignio dissolvido (OD) e condutividade eltrica (CE) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME ausncia de soluo coagulante FL 1, 2 e 3 com 3 M2, FL4 com 1 M1. ............................... 43

Tabela 7. Eficincia de remoo de turbidez (%) das etapas do sistema FIME ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 FL 1, 2, 3 e 4 com 3 M2. .......................................................................... 47

Tabela 8. Eficincia de remoo de cor aparente (%) das etapas do sistema FIME ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 FL 1, 2, 3 e 4 com 3 M2. ......................................................................... 49

Tabela 9. Valores mdios de pH, temperatura (T), oxignio dissolvido (OD) e condutividade eltrica (CE) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 FL 1, 2, 3 e 4 com 3 M2. ................................................................................................................................................... 50

Tabela 10. Eficincia de remoo de turbidez (%) das etapas do sistema FIME ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica - presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 - filtros lentos 1, 2 e 3 com 3 M2, FL4 com 1 M1. ........................................ 52

Tabela 11. Eficincia de remoo de cor aparente (%) das etapas do sistema FIME ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 FL 1, 2 e 3 com 3 M2, FL4 com 1 M1. ................................................... 54

xii

Tabela 12. Valores mdios de pH, temperatura (T), oxignio dissolvido (OD) e condutividade eltrica (CE) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 FL 1, 2 e 3 com 1 M1. . 54

Tabela 13. Eficincia de remoo de turbidez (%) das etapas do sistema FIME ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 presena de floculao: PF2 e FL4 FL 1,2, 3 e 4 com 3 M2. .................. 59

Tabela 14. Eficincia de remoo de cor aparente (%) das etapas do sistema FIME ao longo do ensaio de tratamento de gua turva presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 presena de floculao: PF2 e FL4 FL 1,2, 3 e 4 com 3 M2. ........................... 60

Tabela 15. Valores mdios de pH, temperatura (T), oxignio dissolvido (OD) e condutividade eltrica (CE) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 presena de floculao: PF2 e FL4 FL 1,2, 3 e 4 com 3 M2. ....................................................................................... 61

Tabela 16. Eficincia de remoo de turbidez (%) das etapas do sistema FIME ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 presena de floculao: PF2 e FL4 FL 1,2, 3 com 3 M2, FL4 com1 M1. ............................................................................................................................................. 64

Tabela 17. Eficincia de remoo de cor aparente (%) das etapas do sistema FIME ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 presena de floculao: PF2 e FL4 FL 1,2, 3 com 3 M2, FL4 com 1 M1.

................................................................................................................................................... 66

Tabela 18. Valores mdios de pH, temperatura (T), oxignio dissolvido (OD) e condutividade eltrica (CE) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 presena de floculao: PF2 e FL4 FL 1,2, 3 com 3 M2, FL4 com 1 M1 .................................................................... 67

Tabela 19. Eficincia de remoo de turbidez (%) das etapas do sistema FIME ao longo do ensaio de tratamento de gua turva presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 53mg.L-1 presena de floculao: PF2 e FL4 FL 1,2, 3 com 3 M2, FL4 com 1 M1. .......... 70

Tabela 20. Eficincia de remoo de cor aparente (%) das etapas do sistema FIME ao longo do ensaio de tratamento de gua turva presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 53mg.L-1 presena de floculao: PF2 e FL4 FL 1,2, 3 com 3 M2, FL4 com 1 M1 ........... 71

Tabela 21. Valores mdios de pH, temperatura (T), oxignio dissolvido (OD) e condutividade eltrica (CE) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 53mg.L-1 presena de floculao: PF2 e FL4 FL 1,2, 3 com 3 M2, FL4 com 1 M1. ................................................................... 72

Tabela 22. Valores mdios de turbidez (NTU) ao longo das etapas do sistema FIME em cada ensaio realizado. ........................................................................................................................ 76

xiii

Tabela 23. Valores mdios de cor aparente (mg.L-1 PtCo) ao longo das etapas do sistema FIME em cada ensaio realizado................................................................................................. 77

Tabela 24. Variaes do pedregulho utilizado na definio de floculador granular ................. 85

xiv

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Reservatrio externo .................................................................................................. 17

Figura 2. Esquema de funcionamento do sistema FIME ........................................................... 18

Figura 3. Pr-Filtro Dinmico ................................................................................................... 19

Figura 4. Pr-filtros de fluxo ascendente ................................................................................... 20

Figura 5. Filtros lentos ............................................................................................................... 22

Figura 6. Parte externa (a) e interna (b) do painel de controle .................................................. 24

Figura 7. Mquina de moer ....................................................................................................... 26

Figura 8. Agitador magntico da soluo coagulante e bombas dosadoras .............................. 26

Figura 9. Relao entre diferentes valores de turbidez de gua bruta para diferentes valores de concentrao de soluo coagulante a partir de sementes de Moringa oleifera . ...................... 27

Figura 10. Esquema de aplicao de soluo coagulante no sistema FIME ............................. 32

Figura 11. Pontos de coleta de amostra e pontos de aplicao de soluo coagulante no sistema FIME .......................................................................................................................................... 33

Figura 12. Turbidez (NTU) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME ausncia de soluo coagulante FL 1, 2, 3 e 4 com 3 M2 ............................ 35

Figura 13. Valores mdios de turbidez (NTU) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME ausncia de soluo coagulante FL 1, 2, 3 e 4 com 3 M2. .... 36

Figura 14. Valores mdios de cor aparente (m.L-1 PtCo) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME ausncia de soluo coagulante FL 1, 2, 3 e 4 com 3 M2. .......................................................................................................................................... 37

Figura 15. Perda de carga nos filtros lentos ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME, ausncia de soluo coagulante FL 1, 2, 3 e 4 com 3 M2. ...... 39

Figura 16. Valores mdios de turbidez (NTU) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME ausncia de soluo coagulante FL 1, 2 e 3 com 3 M2, FL4 com 1 M1 ................................................................................................................................... 40

Figura 17. Valores mdios de cor aparente (mg.L-1 PtCo) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME ausncia de soluo coagulante FL 1, 2 e 3 com 3 M2, FL4 com 1 M1 ................................................................................................................... 42

xv

Figura 18. Perda de carga dos filtros lentos longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME ausncia de soluo coagulante FL 1, 2 e 3 com 3 M2, FL4 com 1 M1 ................................................................................................................................... 44

Figura 19. Camada formada a partir da soluo coagulante a base de Moringa oleifera ......... 45 Figura 20. Valores mdios de turbidez (NTU) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 FL 1, 2, 3 e 4 com 3 M2 ...................................................................................... 46

Figura 21. Valores mdios de cor aparente (mg.L-1 PtCo) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 FL 1, 2, 3 e 4 com 3 M2 ............................................................................... 48

Figura 22. Valores mdios de slidos suspensos e dissolvidos (mg.L-1) das etapas do sistema FIME ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1 , FL4: 106mg.L-1 FL 1, 2, 3 e 4 com 3 M2. ............................. 49

Figura 23. Valores mdios de turbidez (NTU) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 FL 1, 2, 3 com 3 M2, FL 4 com 1 M1 ................................................................. 52

Figura 24. Valores mdios de cor aparente (mg.L-1 PtCo) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 FL 1, 2 e 3 com 3 M2, FL4 com 1 M1 ........................................................ 53

Figura 25. Valores mdios de slidos suspensos e dissolvidos (mg.L-1) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 FL 1, 2 e 3 com 1 M1. .............................................................. 55

Figura 26. Perda de carga dos filtros lentos longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 1 dia FL 1, 2, 3 e 4 com 3 M2 2 e 3 dia FL 1, 2 e 3 com 3 M2, FL4 com 1 M1. ............................................................................................................................................. 56

Figura 27. Valores mdios de turbidez (NTU) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 presena de floculao: PF2 e FL4 FL 1,2, 3 e 4 com 3 M2 ............................. 58

Figura 28. Valores mdios de cor aparente (mg.L-1 PtCo) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME presena de soluo coagulante PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 presena de floculao: PF2 e FL4 FL 1,2, 3 e 4 com 3 M2 .................... 60

Figura 29. Valores mdios de slidos suspensos e dissolvidos (mg.L-1) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 presena de floculao: PF2 e FL4 FL 1,2, 3 e 4 com 3M2 .. 61

xvi

Figura 30. Perda de carga dos filtros lentos ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 presena de floculao: PF2 e FL4 FL 1,2, 3 e 4 com 3 M2 ............................. 63

Figura 31. Valores mdios de turbidez (NTU) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 presena de floculao: PF2 e FL4 FL 1,2, 3 com 3 M2, FL4 com 1 M1 ......... 64

Figura 32. Valores mdios de cor aparente (mg.L-1 PtCo) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 presena de floculao: PF2 e FL4 FL 1,2, 3 com 3 M2, FL4 com 1 ...... 66

Figura 33. Valores mdios de slidos suspensos e dissolvidos (mg.L-1) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 presena de floculao: PF2 e FL4 FL 1,2, 3 com 3 M2, FL4 com 1 M1. ........ 67

Figura 34. Perda de carga nos filtros lentos ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 106mg.L-1 presena de floculao: PF2 e FL4 FL 1,2, 3 com 3 M2, FL4 com 1 M1 ......... 68

Figura 35. Valores mdios de turbidez (NTU) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 53mg.L-1 presena de floculao: PF2 e FL4 FL 1,2, 3 com 3 M2, FL4 com 1 M1........................... 69

Figura 36. Valores mdios de cor aparente (m.L-1PtCo) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 53mg.L-1 presena de floculao: PF2 e FL4 FL 1,2, 3 com 3 M2, FL4 com 1 M1 .. 71

Figura 37. Perda de carga ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME presena de soluo coagulante, PF2: 131mg.L-1, FL4: 53mg.L-1 presena de floculao: PF2 e FL4 FL 1,2, 3 com 3 M2, FL4 com 1 M1............................................. 73

Figura 38. Ensaio realizado com floculador de meio granular, com pedregulho de granulometria variando de 20 a 38mm e altura da camada de 0,45m ....................................... 87

Figura 39. Nmero de Camp medido experimentalemente para 11 testes* de floculao granular ...................................................................................................................................... 88

Figura 40. Nmero de Camp calculado, com valores de vazo extrapolados de 0, 001 0,1L.s-1, para 11 testes* de floculao granular ....................................................................... 88

Figura 41. Nmero de Camp medido experimentalemente para 3 testes com mesma granulometria do pr-filtro ........................................................................................................ 90

Figura 42. Nmero de Camp calculado, com valores de vazo extrapolados de 0, 001 0,1L.s-1, para 3 testes com mesma granulometria do pr-filtro ........................................................... 90

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RESUMO

A gua recurso indispensvel para a sobrevivncia do ser humano. Em comunidades onde os sistemas convencionais de tratamento de gua enfrentam difcil implantao necessria a busca por tecnologias adequadas. Os filtros lentos apesar da simples manuteno e baixo custo se tornaram limitados devido degradao da qualidade dos mananciais, sendo necessrio o uso de pr-tratamentos para melhoria da qualidade de gua para o seu emprego. Coagulantes naturais, dentre eles aquele produzido a partir de sementes de Moringa oleifera so alternativas para o tratamento de gua para regies desprovidas de tecnologias convencionais. Portanto, o objetivo deste trabalho avaliar a influncia de diferentes dosagens do coagulante natural de Moringa oleifera na eficincia das etapas do sistema de filtrao em mltiplas etapas no tratamento de gua. O sistema foi constitudo por pr-filtro dinmico, pr-filtros de fluxo ascendente e filtros lentos, e em alguns ensaios por floculador granular. Em seguida, foram definidas as dosagens de 131mg.L-1 de soluo coagulante de Moringa oleifera a ser aplicada na etapa da pr-filtrao e 106 mg.L-1 e 53mg.L-1 a serem aplicadas nas etapas de filtrao lenta, que poderiam passar pelo floculador ou no. No filtro lento em que houve a introduo da soluo coagulante foram testados primeiramente trs camadas de mantas no tecidas de gramatura de 400g.m-2 e em seguida uma camada de 150 g.m-2 no topo da camada de areia. A aplicao da soluo coagulante proporcionou na etapa da pr-filtrao, mdia de turbidez de 11NTU e cor aparente de 73mg.L-1 PtCo. Na etapa da filtrao lenta esses valores foram 1,15NTU e 11mg.L-1PtCo, para dosagem de 106mg.L-1 de Moringa oleifera e de 5NTU e 42mg.L-1PtCo para a dosagem de 53mg.L-1 da soluo coagulante. A aplicao de apenas uma camada de manta no tecida no topo do meio filtrante do filtro lento demonstrou ser benfica para o sistema, pois manteve o alto ndice de eficincia de remoo de turbidez e cor aparente. Deste modo conclui-se que o uso do coagulante extrado das sementes de Moringa oleifera melhorou a eficincia do tratamento de gua pelo sistema de filtrao em mltiplas etapas, principalmente quando o coagulante foi aplicado na etapa de pr-filtrao. Entretanto, a aplicao direta da soluo coagulante no filtro lento causou rpida colmatao da manta e menor tempo de durao da carreira, alm disso a passagem da soluo coagulante pelo floculador granular no apresentou resultados satisfatrios. Palavras - chave: coagulantes naturais, filtrao lenta, tratamento de gua.

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ABSTRACT

Water is the most important resource for human survival. In communities where the

conventional water treatment faces difficult deployment is necessary to search for simple technologies. Simple maintenance and low cost are presented for slow sand filter, however the water degradation has limited this operation system and now pre treatments are necessary for using this technology. Natural coagulants and among them those produced from Moringa oleifera seeds are alternatives for water treatment in regions where there is not conventional technologys. Therefore, this study aims is evaluate the influence of different dosages of natural coagulant extracted from Moringa oleifera seeds on multistage filtration system. The system was composed with dynamic roughing filter, uplflow roughing filters, slow sand filters and some tests by granular flocculator. The dosage of 131mg.L-1 of Moringa oleifera solution was defined to be applied on upflow roughing filter and the dosages of 106mg.L-1 and 53mg.L-1 on slow sand filter, which could pass through flocculator or not. The slow sand filter that received the coagulant solution was tested with three layers of nonwoven blankets with 400g/m and afterward with one layer of nonwoven blanket with 150g/m at the top of the sand. After the application of natural coagulant solution in upflow roughing filter, the mediums values of turbidity and apparent color were 11NTU and 73mg.L-1 PtCo, respectively. In slow sand filtration stage these values were 1,15NTU and 11mg.L-1PtCo for the dosage of 106mg.L-1 of Moringa oleifera, and 5NTU and 42mg.L-1PtCo for the dosage of 53mg.L-1 of the coagulant solution. The application of a single layer of nonwoven blanket on top of slow sand filter proved to be beneficial to the system because it maintained a high rate of removal efficiency of turbidity and apparent color. Thus it is concluded that the use of coagulant extracted from Moringa oleifera seeds improved the efficiency of water treatment by multistage filtration system. However, the direct application of the coagulant solution into the slow sand filter caused rapid clogging of the blanket and shorter career length. Furthermore, unsatisfying results was showed from the passage of the coagulant solution by granular flocculator.

Keywords: natural coagulant, slow sand filtration, water treatment.

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1. INTRODUO

A gua um recurso indispensvel para a sobrevivncia dos animais, dos vegetais e dos seres humanos, porm o homem tem se apropriado dos recursos sem a preocupao de preservar seus ciclos naturais. Por isso a disponibilidade da gua tornou-se limitada pelo comprometimento de sua qualidade.

A contaminao da gua pode ocorrer atravs da falta de saneamento bsico, que lana esgoto sem tratamento nos corpos dgua; do lixo que muitas vezes depositado no fundo dos rios; de agrotxicos, adubos e fertilizantes, inseticidas usados na lavoura, que so fonte de poluio difusa, outros materiais como poluentes no-degradveis e resduos de indstrias em geral. O recebimento de matria orgnica nos corpos d'gua provoca a reduo de oxignio disponvel, que conseqentemente causa a morte de peixes, plantas aquticas, animais das margens e do prprio rio ou lago, alm de provocar doenas direta ou indiretamente em homens e animais. Devido poluio e degradao dos recursos hdricos disponveis, a possibilidade concreta de escassez da gua doce est se tornando a grande ameaa ao desenvolvimento econmico e estabilidade poltica do mundo.

A preocupao com a disponibilidade da gua vem exigindo de todos uma nova conscincia em relao a esse recurso, ou seja, a otimizao dos processos de utilizao e busca por tratamento de qualidade com baixo custo, que possam estar disponveis para os vrios segmentos da sociedade. Em pequenas comunidades onde no existem polticas delimitadas para o tratamento de gua destinada ao consumo humano, de acordo com a qualidade da gua a ser tratada deve ocorrer a busca por tecnologias adequadas que possibilitem a insero da populao nas etapas de busca, implantao, realizao e manuteno do tratamento, alm de priorizar o baixo custo e facilidades posteriores para a sociedade em questo.

Dentre as opes de tratamento de gua para este segmento da sociedade esto: filtrao lenta, uso de desinfeco solar, clorao, uso de coagulantes naturais, alm de uso de vasos de cermicas e fervura da gua. A filtrao lenta uma opo bastante vivel para ser implantada em pequenas comunidades, quando comparada aos tratamentos convencionais apresenta facilidade de manuteno, principalmente pela possibilidade do uso de mantas sintticas no tecidas no topo da camada do meio filtrante. Entretanto, pela degradao dos

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mananciais sua empregabilidade tem sido dificultada. Na busca de reduzir os impactos da m qualidade de gua nos filtros lentos, pr-tratamentos tm sido empregados na forma de filtros de pedregulho que reduzem a concentrao de partculas presentes na gua de maneira gradativa at a etapa da filtrao lenta, esta tecnologia que une o pr-tratamento filtrao lenta nomeada de sistema de filtrao em mltiplas etapas (sistema FIME).

Outra opo no tratamento de gua para pequenas comunidades o uso de coagulantes naturais, que podem ser artesanalmente preparados e proporcionam reduo dos riscos trazidos pela gua contaminada. As sementes da rvore da espcie Moringa oleifera tm se demonstrado eficiente nesta operao, pois elas apresentam ao coagulante, responsvel pela agregao de partculas e microorganismos que podem ser mais facilmente removidos numa etapa posterior; benefcios para a alimentao humana, com propriedades no combate anemia; rpido crescimento e propriedades para produo de sabo e cosmticos.

Na busca da ampliao da empregabilidade do processo de filtrao em mltiplas etapas o uso de coagulantes naturais pode auxiliar na agregao de partculas coloidais e microorganismos se aliado s etapas de pr-tratamento e filtrao lenta do sistema. Portanto, o objetivo deste trabalho avaliar o uso do coagulante natural extrado das sementes de Moringa oleifera, em conjunto com a Filtrao em Mltiplas Etapas no processo de tratamento de gua em termos de qualidade de gua produzida.

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2. OBJETIVOS

2.1. Objetivo geral

Avaliar a viabilidade e a influncia de diferentes dosagens do coagulante natural extrado das sementes de Moringa oleifera, na eficincia das etapas do processo de Filtrao em Mltiplas Etapas no tratamento de gua.

2.2. Objetivos especficos

Testar diferentes dosagens do coagulante extrado das sementes de Moringa oleifera nos afluentes do pr-filtro e do filtro lento;

Avaliar a eficincia do floculador granular como auxiliar no tratamento de gua nas etapas do pr-filtro e filtro lento;

Comparar a eficincia do pr-filtro com e sem aplicao do coagulante;

Comparar a eficincia do filtro lento com e sem aplicao do coagulante.

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3. REVISO BIBLIOGRFICA

3.1 Qualidade de gua

A gua um recurso indispensvel vida, fundamental para a populao, agricultura, indstria, recreao, dessedentao de animais, suporte para a vida aqutica, etc. Sua importncia e dos mananciais depende da abundncia em determinada regio, desejos e necessidades da sua utilizao e seu gerenciamento. Porm, muitas aplicaes so restritas a uma faixa de qualidade de gua, indicada atravs de anlises fsicas, qumicas e biolgicas, atravs da presena de elementos, substncias e organismos. Assim, se define se a gua est poluda e se estabelece a necessidade ou no de submeter determinada gua a algum processo ou tcnica de tratamento (FERRAZ e PATERNIANI, 2002; DI BERNARDO, et al. 1999).

3.2 Poluio

O termo poluio normalmente utilizado quando o homem introduz alguma substncia txica no meio ambiente, e uma das conseqncias a contaminao da gua tornando-a inaceitvel para o uso para o qual ela se destina.

A poluio do meio aqutico pode causar alteraes das caractersticas fsicas (turbidez, cor, nmero e tamanho de partculas, temperatura, condutividade, viscosidade, tenso superficial), qumicas (DBO, DQO, pH, toxicidade) ou biolgicas (microorganismos em geral e espcies de fitoplncton e do zooplncton). Essas alteraes na gua, alm de no serem adequadas dependendo do fim para qual o recurso se destina, proporcionam o meio para servirem direta ou indiretamente na causa de doenas em animais, plantas e seres humanos.

As principais doenas associadas contaminao biolgica dos recursos hdricos so clera, febre tifide, salmoneloses, desinteria bacilar, amebase, giardase, criptosporidase, viroses, etc. (DI BERNARDO, et al. 1999).

3.3 Necessidade de tratamento

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Como a poluio dos recursos hdricos traz efeitos, principalmente na sade pblica, a gua para atividades humanas necessita ser submetida a alguma tecnologia de tratamento antes de ser utilizada.

O tratamento da gua para torn-la adequada ao consumo humano promove a remoo de impurezas e contaminantes por meio da utilizao de fenmenos fsicos, qumicos ou biolgicos. E o seu tratamento pode ser feito para atender vrias finalidades: remoo de microorganismos, de substncias nocivas, reduo do excesso de impurezas, teores elevados de compostos orgnicos, correo de cor, odor e sabor, reduo de corrosividade, da dureza, turbidez, ferro e mangans, atendendo dessa maneira os aspectos higinicos e estticos necessrios.

A preocupao com a poluio e necessidade de tratamento da gua no abrange somente grandes centros urbanos, que na maioria das vezes contam sistemas convencionais de tratamento, mas tambm pequenas comunidades. Locais como comunidades rurais e aldeias indgenas por muitas vezes utilizam a gua para fins potveis sem nenhuma forma de tratamento (DI BERNARDO e DANTAS, 2005; FERRAZ e PATERNIANI, 2002).

3.4. Tecnologias apropriadas para tratamento de gua no meio rural

Na busca de minimizar os riscos e efeitos provocados pela contaminao da gua se faz necessria a utilizao de tecnologias concebidas de forma adequada s condies ambientais, sociais e culturais dos locais onde sero implantadas, respeitando as deficincia e carncias de cada regio.

Em se tratando de pases em desenvolvimento, onde a disponibilidade de recursos financeiros restrita, essas tecnologias devem ser de simples concepo, operao e manuteno, sem necessidade de mo de obra especializada para que possam ser mantidas pela prpria populao e atingirem o objetivo para o qual foram desenvolvidas (GLEICK, 2002; VERAS e DI BERNARDO, 2008).

3.4.1 Filtrao em Mltiplas Etapas

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A Filtrao em Mltiplas Etapas (FIME) uma tecnologia adequada s zonas rurais, pequenos e mdios municpios por ser um sistema de simples construo, com instalaes de baixo custo, nas quais a instrumentao pode ser praticamente eliminada. Essa tecnologia proporciona gua filtrada com baixa turbidez, sem a presena de impurezas e organismos patognicos devido ao seu funcionamento, dividido em etapas com remoo gradativa das impurezas e atenuao de picos de concentrao de slidos suspensos. Para guas superficiais, o processo deve conter pelo menos duas partes, na primeira, conhecida como pr-tratamento, d-se a separao de slidos grosseiros por meio de filtros de areia grossa ou pedregulho, com a funo de melhorar a qualidade de gua para a etapa posterior. Em seguida tm-se a remoo de partculas finas e microorganismos remanescentes, onde a filtrao lenta e a clorao so os processos comumente utilizados. Uma instalao FIME completa composta por: Pr Filtro Dinmico, Pr Filtro de Pedregulho e Filtro Lento (DI BERNARDO et al. 1999; VERAS e DI BERNARDO, 2008).

3.4.1.1 Pr-Filtro Dinmico

O pr-filtro dinmico tem a funo de remover materiais mais grosseiros, suportando picos de slidos em suspenso e receberam esse nome devido capacidade de reagir frente crescente descarga de slido. Consiste de uma unidade de fluxo descendente com taxa de filtrao entre 18 e 60m.d-1 onde parte do afluente filtrada e o restante escoado sobre a camada superior de pedregulho como gua de limpeza.

Tem eficincia de remoo de coliformes fecais entre 50-80%, 10-25% para cor, 30-50% para turbidez e 70-80% para slidos em suspenso (DI BERNARDO et al., 1999; VERAS e DI BERNARDO, 2008).

3.4.1.2 Pr-Filtro

Nesta etapa, o pr-tratamento no possui escoamento superficial, ou seja, todo o volume de entrada filtrado.

Existem trs tipos de configuraes para os pr-filtros: horizontal, descendente ou ascendente (vertical).

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Os pr-filtros de pedregulho com fluxo vertical (descendente ou ascendente) podem ter configurao em camadas ou em srie: - Em srie: o pr-filtro possui dois, trs ou quatro compartimentos em seqncia, com granulometrias diferentes. A gua filtrada no primeiro compartimento encaminhada para o segundo, de menor granulometria e assim sucessivamente; - Em camadas: o pedregulho disposto em sub-camadas de granulometria decrescente no sentido do escoamento. Ao se comparar a pr-filtrao horizontal e vertical, esta se demonstra melhor que a primeira, no somente pela eficincia na remoo, mas na facilidade de manuteno e limpeza (DI BERNARDO et al., 1999).

Segundo DI BERNARDO et al. (1999) os pr-filtros de pedregulho, tm sua eficincia praticamente inalterada em funo do sentido de fluxo de gua (ascendente ou descendente) e das taxa de filtrao (entre 12 e 36md-1).

Apresentam eficincia de remoo de coliformes fecais de 99,4%, turbidez de 80%, e de slidos suspensos de 97% (GALVIS et al, 1996), tornando ento o efluente do pr-filtro de pedregulho adequado para a filtrao lenta.

3.4.1.3 Filtrao-Lenta

A Filtrao Lenta uma tecnologia bastante adequada para pequenas comunidades, estruturas populacionais em reas rurais e assentamento de porte reduzido, principalmente de pases em desenvolvimento e pode ser associada a sistemas de pr-tratamento, bem como a sedimentao simples com o uso de coagulantes naturais (FUNASA, 2007; STACCIARINI, 2002).

Soluo apropriada para muitos pases como o Brasil, que possui regies de acentuadas diferenas scio-econmicas, pois as tecnologias de tratamento de coagulao qumica e filtrao rpida requerem pessoal tcnico qualificado para operao e muitas vezes o material para construo, os equipamentos e os produtos qumicos tm de ser adquiridos em locais distantes.

a) Histrico

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As primeiras instalaes de tratamento, com passagem de gua atravs de meio granulares foram construdas no incio do sculo XIX por John Gicc, em Paisley, Esccia, e por James Simpson, em Londres, Inglaterra. O primeiro construiu um filtro de areia para servir sua indstria de branqueamento de tecido e o segundo projetou e construiu uma estao de filtrao lenta para a Chelsea Water Company, destinada ao abastecimento da cidade de Londres, visando principalmente a remoo de slidos suspensos da gua bruta. Em meados do sculo XIX, Londres contava com oito estaes de tratamento que empregavam a filtrao lenta na gua captada no rio Tamisa.

A prova concreta da eficincia da filtrao lenta em remover microorganismos, alm se slidos suspensos e outras impurezas, ocorreu em 1892, pela experincia vivenciada por duas comunidades vizinhas, Hamburgo e Altona, situadas na Alemanha, as quais utilizavam o rio Elba como fonte de abastecimento. O tratamento em Hamburgo consistia em sedimentao simples, enquanto em Altona havia filtros lentos de areia. Com a contaminao do rio Elba, houve uma epidemia de clera que causou a morte de 7500 pessoas em Hamburgo, o que no aconteceu em Altona. Epidemias subseqentes em vrias partes do mundo confirmaram a importncia da filtrao antes do consumo de gua. (DI BERNARDO, 1993).

Em 1885, surgiu a primeira unidade mecnica de filtrao nos E.U.A. e em 1899 os filtros automticos de presso na Inglaterra. Desde ento os filtros foram classificados em lentos e rpidos, e de forma extensa os rpidos passaram a ser usados em grande escala. A filtrao lenta, porm continua a ser utilizada devido sua simplicidade, eficincia e segurana no tratamento de gua para abastecimento, principalmente em pequenas cidades do interior do Brasil (CAMPOS, 1994 apud STACCIARINI, 2002; DI BERNARDO, 2005).

b) Teoria da filtrao lenta

O resultado final da filtrao lenta resultado de uma srie de fenmenos simultneos: aes fsicas, qumicas, bioqumicas e biolgicas.

As aes biolgicas tm papel de destaque nos filtros lentos de areia, pois so provocadas devido ao desenvolvimento de uma certa variedade de bactrias aerbias na camada superficial do leito filtrante. E abaixo dessa camada de bactrias partculas finas de areia ficam envolvidas por uma gelia, conhecida com o nome de schmutzdecke que uma palavra composta de schmutz, palavra alem que significa sujeira e decke, termo de

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origem escandinava que por ser traduzida por pelcula, camada. Onde partculas que passariam pelos interstcios dos gros so retidas e a matria orgnica degradada, atravs do processo digestivo das bactrias.

Quando se observa a colmatao do meio, atravs do aumento da perda de carga necessrio remover essa camada biolgica e recomear o processo, tendo o cuidado de no consumir a gua nos primeiros dias de operao, pois a pausa no processo causa a reduo da eficincia microbiolgica e o filtro poder no operar de maneira eficiente (DI BERNARDO e DANTAS, 2005).

c) Vantagens e desvantagens da Filtrao Lenta

A Filtrao Lenta uma tecnologia de estrutura bastante simples que apresenta facilidade de implantao e construo do sistema, por permitir a utilizao de materiais e mo-de-obra tradicionais, grande simplicidade no processo de operao e manuteno dos filtros. Alm disso, as tubulaes e equipamentos necessrios, bem como os trabalhos de montagem so de pequeno valor, a instrumentao pode ser completamente eliminada, pelo menos em pequenas instalaes, e o material filtrante, pode ser encontrado em praticamente todo o Brasil. Apenas quando o custo da rea significativo, o que ocorre geralmente junto aos centros urbanos mdios e grandes, os filtros lentos passam a ter custos mais elevados A funo mais pesada consiste na remoo peridica da camada superficial de areia, por isso os custos de energia eltrica (com exceo de eventual recalque) e de produtos qumicos (exceto uma eventual clorao) so nulos. (FERRAZ e PATERNIANI, 2002; AZEVEDO NETO et al, 1987).

Apresentam, entretanto, alguns inconvenientes que dependendo das caractersticas do local podem ser compensados: exigem rea relativamente grande para as instalaes, so pouco eficientes para a reduo da cor (reduzem-na apenas 20 a 50%), tm pouca flexibilidade para se adaptar s demandas de emergncia e finalmente, apresentam resultados muito pobres quando a soma da cor mais turbidez a ser tratada apresenta um valor superior a 40 ppm. (DI BERNARDO e DANTAS, 2005).

d) Utilizao de mantas sintticas

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Estudos foram realizados para simplificao da manuteno dos filtros lentos e mantas no tecida foram empregadas por apresentarem grande resistncia e durabilidade. So empregadas para substituir a camada superficial do meio filtrante e diminuir a espessura da camada de areia sem prejudicar a qualidade do efluente, reter parte das impurezas encaminhadas ao meio granular, visando aumentar a durao da carreira da filtrao em at trs vezes. Mantas com menor superfcie especfica conduzem as carreiras de filtrao mais longas, e as com maior superfcie especfica evitam a ocorrncia e impurezas na areia.

Outro benefcio do uso de mantas no tecidas que o volume de gua utilizado na limpeza das mantas bem menor do que aquele gasto para a lavagem da areia (DI BERNARDO e DANTAS, 2005; FERRAZ e PATERNIANI, 2002; PROSAB, 1999).

3.4.2 Coagulao e floculao

Uma das etapas do processo de tratamento da gua a coagulao, que segundo AZEVEDO NETTO et al. (1976) tem como objetivo transformar impurezas que se encontram em suspenses finas, em estado coloidal e algumas em soluo, em partculas maiores e mais pesadas que sejam removidas por sedimentao ou filtrao.

O primeiro passo do processo consiste em dosar um ou mais compostos qumicos gua para que as cargas negativas presentes na superfcie das partculas sejam desestabilizadas por meio de hidrxidos que produzem na soluo ons positivos (DI BERNARDO, 2005). Tal desestabilizao permite a aglomerao de partculas e consequentemente formao de flocos.

A coagulao pode ocorrer por quatro mecanismos diferentes: compresso da camada difusa, adsoro e neutralizao, varredura, e adsoro e formao de pontes:

- Compresso da Camada Difusa: a coagulao promove a desestabilizao das partculas coloidais atravs da adio de ons de carga contrria das partculas coloidais. Schulze e Hardy apresentaram que ons da mesma carga so repelidos e os de carga contrria, atrados pelo colide e que quanto maior a carga do on positivo, menor a carga necessria para que ocorra coagulao (DI BERNARDO, 1993). A elevao do nmero de ons na gua acarretar em um acrscimo do nmero de ons na camada difusa, que ter seu volume

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reduzido para se manter eletricamente neutra, de modo que as foras de van der Walls sejam dominantes, eliminando a estabilizao eletrosttica (DI BERNARDO, 2005).

- Adsoro e Neutralizao de Carga: as interaes entre coagulante, colide e solvente so responsveis pela desestabilizao do colide. Tal desestabilizao promovida em uma faixa especfica de pH, com a formao de espcies hidrolisadas de carga positiva que podem ser absorvidas na superfcies das partculas (LIBNIO, 2008). Este mecanismo no produz flocos e sim partculas desestabilizadas que podem ser retidas posteriormente no meio filtrante (DI BERNARDO, 2005).

- Varredura: dependendo da quantidade do coagulante adicionado, do pH da mistura e da concentrao de alguns tipos de ons na gua, poder ocorrer a formao de precipitados (hidrxido de alumnio Al(OH)3+, hidrxido de ferro Fe(OH)3) que so capazes de envolver as partculas coloidais. Os flocos resultantes deste mecanismo quando comparados ao mecanismo de adsoro-neutralizao apresentam maior tamanho e alta velocidade de (DI BERNARDO, 2005).

- Adsoro e Formao de Pontes: atraes eletrostticas entre as partculas das impurezas e os stios desequilibrados eletricamente formam flocos, por meio de ligaes qumicas do tipo pontes de hidrognio ou similar, provocando a estabilidade de todas as partculas que esto dispersas na gua (RAMOS BORBA, 2001). Este tipo de mecanismo ocorre quando polmeros de cadeias longas e stios ionizveis, como os polmeros orgnicos ou naturais, so utilizados como auxiliares de floculao (LIBNIO, 2008; DI BERNARDO, 2005).

3.4.3 Floculao

Aps a coagulao ocorre a floculao: agitao branda da gua por um determinado perodo de tempo. Essa mistura lenta favorece a coliso das partculas e dos pequenos flocos com outros e tambm demais partculas suspensas na gua. A partir dessa coliso so formados os grandes flocos ou massa grandes, de sedimentao mais rpida que so mais facilmente removidos nas etapas posteriores (HESPANHOL, 1971). Tais etapas podem ser: filtrao direta, onde os flocos devem se aglutinar de maneira propcia a serem removidos nos materiais filtrantes, no havendo necessidade de obteno de flocos grandes ou densos;

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decantao, com ocorrncia de sedimentao dos flocos; ou flotao ocorrendo aderncia dos flocos s microbolhas de ar, ganhando empuxo, para posterior remoo na superfcie por raspadores (RAMOS, 2005).

O processo de floculao pode ser classificado em funo do mecanismo de transporte para a formao dos flocos: pericintico, ortocintico e sedimentao diferenciada. A floculao pericintica ocorre quando o movimento das partculas causado pelo movimento browniano; a ortocintica ocorre devido imposio de gradientes de velocidade a gua por movimento atravs de agitadores hidrulicos ou mecanizados (RICHTER & AZEVEDO NETTO, 1991).

Os agitadores hidrulicos normalmente apresentam menor custo quando comparados aos mecanizados, alm disso, no dependem de equipamentos de manuteno eletromecnica, nem de energia eltrica, e para pequenas variaes de vazo sofrem um ajuste pela reduo do gradiente de velocidade e aumento do tempo de floculao, o que dentro de certos limites no interfere na operao. Entretanto, apresenta como desvantagem a dificuldade de alterar o gradiente de velocidade sem alterar a vazo.

Os floculadores de meio granular so compostos, normalmente seixos rolados selecionados, como por exemplo, pedregulho. Quando ocorre a introduo da gua neste sistema se inicia a agitao lenta do coagulante anteriormente distribudo, atravs da passagem do fluido pelo meio filtrante.

Por serem os parmetros que definem a densidade e tamanho dos flocos, o gradiente de velocidade e o tempo de mistura (RAMOS,2005). O gradiente de velocidade fornecido deve proporcionar o choque entre as partculas, no entanto no deve promover a ruptura dos flocos, que pode ocorrer se o tal gradiente for incorreto. O tempo de mistura deve ser suficiente e adequado ao gradiente de mistura utilizado durante o tratamento de gua, para que ocorra a formao de flocos de maneira adequada e as fases posteriores sejam beneficiadas. Como auxiliar no desenvolvimento de unidades de disperso de coagulantes e floculao o Nmero de Camp (Ca), produto do gradiente de velocidade pelo tempo de deteno foi proposto, no entanto, este parmetro no deve ser exclusivo na categorizao dos floculadores (DALSASSO, 2005).

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3.4.4 Coagulantes naturais

Na maioria das guas submetidas a tratamento, quando se visa o consumo domstico, necessria a adio de substncias para que se obtenha uma gua segundo os padres de potabilidade. Os produtos mais utilizados so os coagulantes qumicos, como sulfato de alumnio, que s vezes no esto disponveis a um preo razovel para as populaes de baixa renda e at mesmo comunidades rurais. Para se minimizar essa dificuldade e para que se tenha um tratamento apropriado e produo de gua de boa qualidade com custos mnimos os coagulantes naturais so empregados.

O uso de coagulantes de origem vegetal, para clarificao de guas turvas e coloridas, de grande importncia ecolgica e ambiental, considerando que a presena das plantas, sempre contribui com a ecologia, o embelezamento e a melhoria do ambiente, tornando-o mais agradvel.

Alguns trabalhos tm destacado a viabilidade do uso de coagulantes e/ou auxiliares de coagulao de origem orgnica, constitudos a base de polissacardeos, protenas e principalmente, os amidos, entre os quais tm se destacado: farinha de mandioca, araruta e fcula de batata, melhorando a eficincia de processos fsicos de remoo de slidos suspensos da gua (DI BERNARDO,1993).

Tem-se verificado tambm o uso de algumas plantas, tais como: o Quiabo (Abelmoschus esculentus), usado na forma de um fluido viscoso e extrado da vagem (baba de quiabo) ou na forma de ch feito a partir do p seco da vagem pulverizada; a Mutamba (Guazuma ulmifolia) ou Chico Magro no Mato Grosso, usada tambm na forma de ch da casca e do caule e Cacau (Theobroma cacau), usado na forma do p da casca, assim como o uso de argilas no ferrosas, formado de grandes agregados inicos (molculas complexas), como bentonita sdica e outras argilas alcalinas, como auxiliar de coagulao/floculao.

O mecanismo de coagulao desses compostos orgnicos e inorgnicos semelhante ao mecanismo dos polieletrlitos, j que todos eles so dotados de stios com pontos positivos ou negativos, podendo na presena da gua se transformar em coagulantes catinicos ou aninicos, dependendo do saldo das cargas eltricas (RAMOS BORBA, 2001).

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3.4.5 Moringa oleifera

A Moringa oleifera Lam, a espcie mais divulgada da famlia das Moringaceae, uma planta originria da ndia, que j se espalhou por todo mundo, principalmente nos pases tropicais, como o Brasil. Na regio do Nordeste brasileiro a Moringa oleifera conhecida como Lrio Branco. Outro nome popular dessa planta no Brasil Quiabo de Quina.

Essa espcie de Moringa oleifera pode ser propagada atravs de sementes, mudas e estacas, cresce de rapidamente e pode frutificar no seu primeiro ano de vida. Seu desenvolvimento ocorre em clima quente e semi-rido tropicais em temperaturas na faixa de 25-35 C, podendo suportar at 48 C por perodos limitados. tolerante a seca, preferindo solos arenosos bem drenados ou solos com terra vegetal. Pode se desenvolver em solos argilosos, mas no com excesso de gua. Seu crescimento extremamente rpido, podendo alcanar 4 metros em um ano, atingindo alturas de 6-15 metros (PRICE & DAVIS, 2000).

uma planta de mltiplos usos: por ser fonte de vitamina A, B e C, clcio, ferro e protenas, aproveitada na alimentao humana, as folhas como verduras cruas, as vagens verdes como verduras cozidas e as sementes maduras podem ser torradas para fabricao de farinha. As sementes tambm produzem um excelente leo que pode ser usado na alimentao, para fazer sabo e cosmticos e na produo de biodiesel. Suas flores so muito procuradas pelas abelhas, alm do mais, as flores e razes possuem compostos de ao fungicida e antibitica. A Moringa oleifera Lam ainda pode ser utilizada como cerca viva e quebra ventos (RAMOS BORBA, 2001; PRICE & DAVIS, 2000).

As sementes tambm so utilizadas na clarificao de guas turvas, estudos realizados mostraram uma eficincia na remoo da turbidez e cor aparente, de, respectivamente, 95% e 90% em mdia, nos processos de Filtrao Lenta e Sedimentao, com a soluo base de Moringa oleifera (PATERNIANI et al., 2006)

BEZERRA et al. (2004) e KATAYON et al., (2006) estudaram as condies ambientais que interferem na qualidade das sementes durante seu armazenamento. Os estudos demonstraram que se armazenadas em baixa temperatura (10 C) e baixa umidade relativa (50-60%) as sementes mantinham seu potencial de germinao por at doze meses, com decrscimo de 15% do potencial ao longo de 24 meses. Na avaliao do desempenho das sementes na reduo de turbidez da gua, as sementes refrigeradas mostraram maior eficincia

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quando armazenadas por at cinco meses. Para o armazenamento sob condies no controladas as sementes sofreram reduo de potencial de germinao de 78% em 12 meses e 100% em 24 meses, alm disso, a eficincia de reduo da turbidez foi inferior s sementes armazenadas sob refrigerao.

Alm de poder ser preparada no local, ser de fcil manuseio e reduzir custos durante

a operao de tratamento (PATERNIANI et al., 2006).

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4. MATERIAL E MTODOS

Buscando contribuir para o estudo do uso do coagulante natural extrado das sementes de Moringa oleifera nos sistema de Filtrao em Mltiplas Etapas, dividiu-se o trabalho nas seguintes etapas:

Montagem da instalao piloto do sistema de Filtrao em Mltiplas Etapas;

Realizao de ensaios para definio e comprovao das caractersticas dos floculadores de meio granular a serem utilizados na etapa do pr-filtro de fluxo ascendente e no filtro lento;

Definio das concentraes da soluo coagulante a serem utilizadas nas etapas do pr-filtro de fluxo ascendente e do filtro lento;

Ensaios do tratamento de gua pelo sistema FIME sem uso de coagulante natural;

Ensaios do tratamento de gua pelo sistema FIME com adio de soluo coagulante nas etapas do pr-filtro de fluxo ascendente e do filtro lento sem ou com floculao, com alteraes nas camadas de mantas no tecidas no topo do meio filtrante do filtro lento que recebeu coagulante.

4.1 Local da realizao do experimento

Os ensaios realizados no presente trabalho foram procedidos nos Laboratrios de Hidrulica e Irrigao e Saneamento, da Faculdade de Engenharia Agrcola (FEAGRI) da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), localizada no municpio de Campinas, estado de So Paulo, latitude 22 30` S e longitude 47 30` W, altitude de 625 m acima do mar.

4.2 gua Bruta

A gua bruta utilizada como afluente na realizao do experimento foi preparada artificialmente de acordo com a metodologia apresentada por MENDES (1989), PATERNIANI e SANTANNA (2006), adaptada para a presente pesquisa para atingir uma turbidez de 100NTU. Diariamente, era realizada a leitura da turbidez da gua do reservatrio externo que abastecia o sistema de filtrao em mltiplas etapas, e se houvesse necessidade era

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adicionada Bentonita gua do reservatrio at o momento que a turbidez estivesse em torno do valor desejado.

4.3 Instalao Piloto do Sistema de Filtrao em Mltiplas Etapas

A instalao piloto do Sistema de Filtrao em Mltiplas Etapas para a investigao experimental foi montada no Laboratrio de Irrigao e Hidrulica da Faculdade de Engenharia Agrcola da UNICAMP em Campinas, SP, e era composto pelos seguintes itens: Reservatrio Externo, pr-filtro dinmico (PFD), dois pr-filtros de fluxos ascendentes de pedregulho (PF 1 e 2), quatro filtros lentos (FL 1, 2, 3 e 4), dois floculadores granulares, dois reservatrios internos nomeados R1 e R2, e painel de controle do sistema.

O sistema funcionava em ritmo contnuo, a paralisao ocorria somente nos finais de semana ou ao final de alguma carreira de filtrao. Tambm funcionava como circuito fechado para evitar o desperdcio de gua. Um esquema dos fluxos da gua durante o tratamento no sistema FIME so apresentados na figura 2.

4.3.1 Reservatrio Externo

Este reservatrio armazenava a gua bruta sinttica que abastecia o sistema de Filtrao em Mltiplas Etapas. Estava localizado na parte externa do Laboratrio de Irrigao e Hidrulica e tinha capacidade de armazenamento de 1,0m de gua. Internamente possua hlice de agitao para manter a qualidade da gua bruta homognea. Sua parte externa pode ser visualizada na figura 1.

Figura 1. Reservatrio externo

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Reservatrio Externo

PFD

Floculador

Floculador

P F

2

P F

1

F L

1

FL

2

FL

3

FL

4

R1

R2

*

*

*

* Caixa de distribuio

Fluxo de gua excedente

Fluxo do efluente FLs

Fluxo opcional. A gua poderia seguir diretamente sem a passagem pelo floculador, entrando no PF2 ou no FL4.

Fluxo de tratamento de gua

Figura 2. Esquema de funcionamento do sistema FIME

4.3.2 Pr-Filtro Dinmico

Foi utilizado um pr-filtro dinmico prismtico, em acrlico, com rea de 0,128m (0,16m x 0,80m), com uma taxa de aplicao de 48m/m.dia, fluxo descendente e meio filtrante de pedregulho.

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Segundo recomendaes de DI BERNARDO et al. (1999) e adaptaes para a presente pesquisa, o meio filtrante foi dividido em trs camadas de 0,20m de espessura cada, com a granulometria do pedregulho variando entre 3,36 a 6,35mm, 9,52 a 12,7mm e 19,1 a 25,4mm, para a camada superior, camada intermediria e camada inferior, respectivamente, como pode ser visualizado na figura 3.

Figura 3. Pr-Filtro Dinmico

Todo o pedregulho foi lavado em gua corrente e separado por peneiras com as aberturas correspondentes granulometria desejada em cada camada do pr-filtro dinmico.

4.3.3 Pr-Filtro

Foram utilizadas duas unidades de pr-filtro de fluxo ascendente. Cada unidade era cilndrica, em acrlico com 0,16m de dimetro, 1,60m de altura e taxa de aplicao de 24m3/m2.dia e possua meio filtrante de pedregulho, segundo recomendaes de DI BERNARDO et al (1999). Pequenas bombas de aqurio eram responsveis pelo recalque de gua para os tubos de entradas dos pr-filtros. Por meio da diferena de perda de carga era possvel definir a taxa de aplicao.

3,36 a 6,35mm

9,52 a 12,7mm

19,1 a 25,4mm

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Em cada unidade o meio filtrante era composto por quatro camadas de pedregulho de 0,20m de espessura cada. E cada camada possua pedregulho de granulometria distinta: 1,68 a 2,4mm para a camada superior; 3,36 a 6,35mm para a camada intermediria superior; 9,52 a 12,7mm para a camada intermediria inferior; e 12,7 a 19,1mm para a camada inferior. A figura 4 apresenta as diferentes granulometrias de cada pr-filtro.

Figura 4. Pr-filtros de fluxo ascendente

Empregaram-se duas unidades de pr-filtro para a ampliao do uso do sistema FIME, como pode ser visualizado na figura 4, devido a possibilidade de aplicao da soluo coagulante a partir de sementes de Moringa oleifera em um tendo o outro como controle.

Da mesma forma que foi realizada a lavagem do pedregulho do pr-filtro dinmico, procedeu-se com o pedregulho dos pr-filtros, tudo foi lavado em gua corrente e separado por peneiras com as aberturas correspondentes a granulometria desejada em cada camada do pr-filtro.

4.3.4 Filtro Lento

3,36 a 6,35mm

9,52 a 12,7mm

12,7 a 19,1mm

1,68 a 2,4mm

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Foram utilizadas quatro unidades de filtro lento, cada uma com as seguintes caractersticas: cilndrico, de acrlico, com dimenses de 0,16m de dimetro e 1,60m de altura e taxa de aplicao de 6m3/m2.dia. Pequenas bombas de aqurio eram responsveis pelo recalque de gua para os tubos de entradas dos pr-filtros. Por meio da diferena de perda de carga era possvel definir a taxa de aplicao. A taxa de filtrao era adquirida por meio de pequenas bombas conhecidas comercialmente como bombas de aqurio. O meio filtrante era composto por manta no tecida como camada suporte, areia e manta no tecida como camada superior.

O motivo de se empregar quatro unidades de filtros lentos deve-se ao emprego de soluo coagulante nesta etapa e a possibilidade de comparao com os demais filtros sem adio da soluo. A figura 5 apresenta os filtros lentos.

Antes do incio dos ensaios, foi feito o preenchimento dos filtros lentos com gua no sentido ascendente numa pequena vazo, para a remoo de bolhas de ar.

Areia

Foi utilizada areia grossa de construo civil, lavada com gua de rede pblica e seca temperatura ambiente. Aps o perodo de secagem a areia foi passada por peneira de 1mm de abertura, segundo recomendaes de FERRAZ e PATERNIANI (2002), atingindo as seguintes caractersticas granulomtricas: Tamanho efetivo D10 de 0,24mm, coeficiente de desuniformidade igual a 3,04 e tamanho dos gros de 0,15 e 1,2mm.

Mantas Sintticas No Tecidas Foram utilizados dois tipos de mantas no tecidas durante o experimento, com caractersticas descritas na tabela 1. Durante o restante deste trabalho, as mantas utilizadas sero descritas conforme a nomenclatura apresentada M1 e M2.

Tabela 1. Caractersticas das mantas no tecidas utilizadas no topo da camada do meio filtrante dos filtros lentos.

Nomenclatura Marca Gramatura

M1 Ober 150g.m- M2 Ober 400g.m-

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Na camada suporte do meio filtrante foi utilizada uma nica camada de M1, como objetivo de impedir o escoamento da areia pela sada do filtro lento durante o tratamento de gua.

Segundo recomendaes de PATERNIANI (1991), FERRAZ e PATERNIANI (2002), e SILVA (2003) foram realizados inicialmente ensaios com trs camadas M2 no topo da camada do meio filtrante dos filtros lentos. Posteriormente somente o filtro lento 4 sofreu alterao no nmero de camadas de mantas no tecidas, passando de trs camadas de M2 para apenas uma camada de M1, para avaliao da qualidade do efluente.

Nos ensaios com presena de soluo coagulante, quando o FL4 atingia o nvel mximo de perda de carga, era realizado o seu esvaziamento, em seguida as mantas no tecidas eram removidas, lavadas e repostas para o incio de uma nova carreira de filtrao de perda de carga, enquanto os demais filtros lentos continuavam normalmente com suas carreiras. Quando os demais filtros lentos atingiam seu nvel mximo de perda de carga, o mesmo procedimento de limpeza era efetuado.

Figura 5. Filtros lentos

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4.3.5 Floculador granular

Durante os ensaios de tratamento de gua foram utilizados dois floculadores de meio granular, responsveis pela mistura lenta da soluo coagulante a base de sementes de Moringa oleifera antes da etapa da pr-filtrao e da filtrao lenta. Pela diferena de vazo do efluente nestas etapas do sistema, cada floculador deveria ter suas prprias caractersticas para atingir o valor de nmero de Camp proposto por VIANNA (1997) entre 14000 e 16000. Para encontrar essas caractersticas foram realizados ensaios atravs de dois floculadores de dimenses iguais (0,1m de dimetro e 1,0m de altura), nos quais foram avaliados os diferentes valores de perda de carga do sistema para diferentes granulometrias de pedregulho e diferentes alturas de camada do meio filtrante. Determinaram-se os coeficientes de Forchheimer adequados para esse tipo de floculao e houve a comparao entre os valores medidos durante os ensaios os calculados posteriormente a partir das medies. A partir destes valores foi possvel traar uma curva de relao entre Vazo e Nmero de Camp para as diferentes caractersticas ensaiadas. Tambm foram realizados ensaios deste modo com a mesma granulometria do pedregulho do pr-filtro, para avaliar se o pr-filtro estaria desenvolvendo a funo de floculador antes da etapa da filtrao lenta.

O anexo 1 apresenta a metodologia dos ensaios realizados, os valores de granulometrias ensaiados, as variaes das alturas das camadas do meio granular, os resultados medidos e calculados de cada ensaio, alm da relao entre o Nmero de Camp e o dimetro do floculador a ser utilizado. A partir dos resultados obtidos, determinou-se que para a etapa da pr-filtrao seria utilizado um floculador de meio granular com 60mm de dimetro (abertura comercialmente encontrada), com 0,80m de altura, contendo pedregulho de granulometria variando entre 20 e 38mm. Para a etapa da filtrao lenta definiu-se um floculador de meio granular com 25mm de dimetro (abertura comercialmente ensaiada), com 0,45m de altura, composto por pedregulho de granulometria variando entre 4 e 10mm. Ambos os floculadores foram construdos em PVC.

4.3.6 Reservatrios internos: R1 e R2

Os reservatrio interno 1 tinha a funo de receber excedentes das etapas do PFD, das caixas de distribuio dos PF e FL, descargas de fundo do PFD, gua de limpeza dos FL e

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gua excedente do reservatrio 2. O reservatrio 1 possua controlador de nvel para que ao atingir um certo volume a gua coletada fosse direcionada para o reservatrio externo, de maneira que todo o sistema funcionasse como circuito fechado.

O reservatrio interno 2 tinha a funo de captar a gua tratada proveniente dos filtros lentos e era utilizado no perodo e limpeza dos mesmo, pois a gua utilizada era fornecida por este reservatrio. Este reservatrio tambm possua controlador de nvel, que em certo ponto enviava gua para o reservatrio 1, responsvel pelo envio da gua para o reservatrio externo.

4.3.7 Painel de controle

O painel de controle foi implantado para facilitar e diminuir os riscos de operao do sistema de tratamento de gua, sendo que cada bomba responsvel pela vazo de cada etapa estava conectado ao painel, assim como as bombas dosadoras da soluo coagulante, os controladores de nvel das bombas dos reservatrios internos e externo e o agitador do reservatrio externo.

Figura 6. Parte externa (a) e interna (b) do painel de controle

4.4 Soluo Coagulante

A soluo coagulante responsvel pela agregao de partculas no sistema de tratamento de gua utilizada foi preparada a partir das sementes de Moringa oleifera.

a b

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4.4.1 Preparo da soluo coagulante a partir de sementes de Moringa oleifera

Inicialmente foi pensado no preparo da soluo coagulante atravs da triturao das sementes de Moringa oleifera com o pilo, entretanto, notou-se que o preparo precisaria ser mais rpido e prtico para a aplicao diria da soluo no sistema FIME. Para aperfeioar o preparo da soluo coagulante decidiu-se utilizar a mquina de moer, apresentada na figura 7, segundo recomendaes de ARANTES (2010). Os autores apresentam um estudo realizado no preparo de soluo de Moringa oleifera a partir de diferentes equipamentos: pilo, liquidificador, mixer e mquina de moer; as solues preparadas com esses equipamentos so testadas no tratamento de uma gua turva sinttica com turbidez inicial em torno de 100NTU. Os resultados apontam que a mquina moer apresenta as maiores eficincias na reduo dos valores de turbidez com este tipo de gua. As metodologias apresentadas por NDABIGENGESERE et al (1995), MUYIBI & EVISON (1995a, 1995b) tambm serviram como base no preparo da soluo coagulante apesar de serem necessrias algumas adaptaes.

Portanto, para esta pesquisa vagens secas foram colhidas do campo experimental da Faculdade de Engenharia Agrcola da Unicamp, Campinas, em seguida ocorreu a remoo das sementes das vagens, as sementes foram postas em dessecador por 24h e armazenadas sob refrigerao segundo recomendaes de BEZERRA et al (2004) e KATAYON et al (2005) por no mximo 4 meses.

As sementes foram descascadas, processadas na mquina de moer, em seguida o p resultante do moedor domstico foi passado por uma peneira de 0,8mm de abertura; misturou-se o p modo com gua destilada para concentrao de 11,884g.L-1 Moringa oleifera, agitou-se por 2 minutos em agitador magntico e peneirou-se a soluo utilizando peneira de abertura

125m. Aps o preparo da soluo, a mesma era mantida em frasco de vidro sob constante agitao para conservao de suas caractersticas.

Diariamente eram preparados 9L de soluo para manter o abastecimento constante do sistema por 24h, a partir dessa soluo inicial duas bombas dosadoras direcionavam a soluo coagulante para a etapa do pr-filtro e para o filtro lento, passando pelos floculadores quando necessrio. A figura 8 apresenta a soluo coagulante sob agitao e as duas bombas dosadoras.

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Figura 7. Mquina de moer

Figura 8. Agitador magntico da soluo coagulante e bombas dosadoras

4.4.2 Dosagem da soluo coagulante

Aps a realizao de um primeiro ensaio do tratamento de gua bruta sem adio coagulante no sistema de filtrao em mltiplas etapas, fez-se uma mdia dos resultados de turbidez obtidos em cada etapa do tratamento. A partir desses dados foi possvel determinar a dosagem de soluo coagulante a ser aplicada nas etapas de pr-filtrao e filtrao lenta. Os valores mdios de turbidez das etapas da pr-filtrao (33,45NTU) e filtrao lenta (26,71NTU) foram comparados com os valores obtidos por ARANTES (2010), conforme dados apresentados na figura 9, que estabelece a relao entre diferentes valores de turbidez de gua bruta para diferentes valores de concentrao de soluo coagulante a partir de sementes

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de Moringa oleifera. Definiu-se ento, que na etapa da pr-filtrao seria utilizado uma dosagem de 131mg.L-1 de soluo coagulante a partir sementes de Moringa oleifera e na etapa da filtrao de 106mg.L-1.

Figura 9. Relao entre diferentes valores de turbidez de gua bruta para diferentes valores de concentrao de soluo coagulante a partir de sementes de Moringa oleifera (ARANTES, 2010).

Como a soluo coagulante utilizada nos dois pontos de aplicao da soluo coagulante era proveniente do mesmo reservatrio, o controle da dosagem em cada ponto de aplicao era efetuado atravs do controle da vazo das bombas dosadoras e de pequenos registros nas sadas de suas respectivas mangueiras. A seguir so apresentados os clculos efetuados para definio da concentrao inicial da soluo coagulante no reservatrio que abastece as duas bombas dosadoras:

(Equao 1)

(Equao 2)

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(Equao 3)

(Equao 4)

Onde:

QTpf = Vazo total do pr-filtro (L.h-1) QPF = Vazo Pr-Filtro, vazo de projeto (L.h-1) Qbdpf = Vazo da Bomba dosadora Pr Filtro (L.h-1) QTfl = Vazo total do filtro lento (L.h-1) QFL= Vazo Filtro Lento, vazo de projeto (L.h-1) Qbdfl = Vazo da Bomba Dosadora Filtro Lento (L.h-1) Ccme: concentrao da soluo coagulante do reservatrio que abastece as duas bombas dosadoras (mg.L-1) Cc: concentrao da soluo nas diferentes etapas.

Concentrao de coagulante PF = 131mg.L-1

Concentrao de coagulante FL = 106mg.L-1

Para definio da concentrao coagulante inicial era possvel escolher a equao 3 ou 4 para ser utilizada, sendo que QT e Qbd se referem tanto ao PF quanto ao FL.

Levando em considerao que as bombas dosadoras deveriam funcionar 24h e que a soluo inicial deveria ser preparada num total de 9L (volume do reservatrio disponvel), ento a vazo mxima das duas bombas dosadoras funcionando ao mesmo tempo deve ser:

(Equao 5)

Pois com essa vazo as bombas dosadoras consumiriam a soluo total disponvel no reservatrio.

A partir das equaes 2 e 3, tem-se para o PR-FILTRO

(Equao 6)

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Substituindo,

(Equao 7)

(Equao 8)

Para FILTRO LENTO

(Equao 9)

(Equao 10)

Admitindo-se o valor de como sendo 0,045L.h-1, menor vazo da bomba

dosadora utilizada, temos:

(Equao 11)

(Equao 12)

Substituindo a equao 11 em 7, temos:

(Equao 13)

E,

(Equao 14)

Portanto, temos que:

(Equao 15)

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Valor adequado e inferior ao estipulado na equao 5. Para 24h o consumo de soluo coagulante foi de 8,268L. Na fase final dos ensaios a dosagem da soluo coagulante na etapa dos filtros lentos foi reduzida pela metade, ou seja, 53mg.L-1, e esta concentrao tambm foi controlada atravs do controle de vazo da sada das bombas dosadoras.

4.4.3 Pontos de aplicao da soluo coagulante

A influncia da soluo coagulante foi estudada atravs da sua aplicao em duas etapas: antes de uma das unidades dos pr-filtros (PF2) e outra antes de uma das unidades dos filtros lentos (PF4). Sendo que nessas etapas houve a variao de presena ou ausncia de floculador de meio granular para a passagem da soluo coagulante. O esquema de aplicao da soluo coagulante apresentado na figura 10 e os pontos de aplicao so indicados na figura 11, atravs de flechas vermelhas.

4.5 Pontos de coleta de amostras

Foram definidos oito pontos de coletas de amostras para a realizao das anlises: gua bruta (AB) , efluentes das etapas pr-filtro dinmico (PFD), pr-filtros (PF) 1 e 2 e filtros lentos (FL) 1, 2, 3 e 4, representados na figura 11 pelos crculos amarelos. A figura 11 apresenta um momento onde o sistema ainda no havia entrado em funcionamento.

4.6 Monitoramento do sistema experimental

Para auxiliar no monitoramento do sistema experimental o agitador externo possua hlice de agitao para homogeneizao da bentonita adicionada diariamente para manuteno da turbidez inicial. O controle de vazo de entrada no PFD foi realizado atravs de rotmetro e a conferncia do valor adequado, em torno de 630L.h-1, era realizada trs vezes ao dia. Ao longo do sistema, os controles de vazo necessrios no efluente do PFD, afluente dos PF 1 e 2, e afluentes dos FL 1, 2, 3 e 4 eram realizados atravs do mtodo volumtrico, por meio de proveta e cronmetro, tambm trs vezes ao dia. Recordando que cada controlador de vazo

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estava conectado a um sistema automtico de controle, assim como os controladores de nveis dos agitadores internos e externo.

Para avaliao do sistema de Filtrao em Mltiplas Etapas tambm foram analisados os seguintes parmetros: pH, cor, turbidez, temperatura, slidos totais, oxignio dissolvido e condutividade eltrica para o afluente e efluente de cada etapa do processo.

Dirias: pH, cor, turbidez, temperatura, oxignio dissolvido e condutividade eltrica (alm do controle da altura da coluna d'gua nos filtros lentos). Duas vezes semanais: Concentrao de slidos totais.

Todos os parmetros foram analisados no laboratrio de Saneamento da Faculdade de Engenharia Agrcola da UNICAMP, segundo padres analticos descritos no Standard Methods for the Examination of Water and Wasterwater, 20th Edition, 1998.

4.7 Forma de anlise dos resultados

A interpretao dos resultados foi feita com anlise de estatstica simples, com o uso de mdias, desvio padro e varincia.

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GUA BRUTA

PFD

ADIO DE MORINGA?

Sim No

FLOCULAO? PF 1

Sim No FL 3 FL4

PF 2

FL 1 FL2

Figura 10. Esquema de aplicao de soluo coagulante no sistema FIME

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Figura 11. Pontos de coleta de amostra e pontos de aplicao de soluo coagulante no sistema FIME

PDF

AB

PF2

PF1

F L1

FL2

FL3

FL4

Pontos de coleta de amostra

Pontos de aplicao de soluo coagulante

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5. RESULTADOS E DISCUSSO

A apresentao dos dados no segue a mesma ordem dos ensaios realizados durante o funcionamento da instalao piloto FIME. Os dados foram dispostos de maneira a agrupar os ensaios com caractersticas semelhantes, como ausncia ou presena de soluo coagulante e presena ou ausncia de floculao. Alm disso, dentre de cada grupo de ensaio so especificados em tpicos as alteraes do nmero de camadas no tecidas no topo do meio filtrante do filtro lento.

5.1 Ensaios de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME Ausncia de soluo coagulante

Baseados na ausncia da soluo coagulante sero apresentados os resultados dos seguintes ensaios realizados:

1) Filtros lentos 1, 2, 3 e 4 com 3 camadas de mantas no tecidas de 400g.m- de gramatura (3 M2).

2) Filtros lentos 1, 2 e 3 com trs camadas de manta no tecida de 400g.m- de gramatura (3 M2) e filtro lento 4 com uma camada de manta no tecida de 150g.m- de gramatura (1 M1).

5.1.1 Filtros lentos 1, 2, 3 e 4 com 3 camadas de mantas no tecidas de 400g.m- de gramatura (3 M2).

O primeiro ensaio na instalao piloto FIME foi realizado somente com gua turva sinttica com o intuito de averiguar as condies de funcionamento de cada etapa do sistema e conhecer suas respectivas eficincias sem a presena de soluo coagulante. Neste ensaio foram avaliados somente os parmetros de turbidez, cor aparente e perda de carga.

Este ensaio foi realizado seguindo as caractersticas da metodologia j descrita, todos os filtros lentos foram ensaiados com trs camadas de M2.

Turbidez

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Os valores de turbidez obtidos ao longo deste ensaio so apresentados na figura 12, onde possvel observar valores de pico que chegaram a 178 e 224 NTU. Entretanto, as etapas de pr-filtrao e filtrao lenta conseguiram atenuar de maneira eficiente esses picos, pois os valores finais de turbidez at mesmo nesses casos ficaram em mdia muito semelhantes, em torno de 9,6NTU.

Figura 12. Turbidez (NTU) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME ausncia de soluo coagulante FL 1, 2, 3 e 4 com 3 M2

possvel observar na figura 13 que durante este primeiro ensaio as unidades que funcionaram em paralelo tem seus valores de turbidez muito prximos, como pr-filtros e filtros lentos, o que demonstra a confiabilidade do sistema. Num estudo realizado por PINTO & HERMES (2005) somente com filtrao lenta, com gua bruta inicial com turbidez de 66,8NTU (valor mais prximo ao afluente dos filtros lentos que foi em mdia de 47,5NTU neste ensaio), os autores obtiveram turbidez remanescente de 19,3NTU, valor superior mdia de 9,6NTU do efluente final deste ensaio. Resultados semelhantes foram encontrados por DI BERNARDO et al (1999). Demonstrando dessa maneira que o sistema operou adequadamente e apresentou resultados semelhantes com aqueles dispostos na literatura.

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Figura 13. Valores mdios de turbidez (NTU) ao longo do ensaio de tratamento de gua turva sinttica pelo sistema FIME ausncia de soluo coagulante FL 1, 2, 3 e 4 com 3 M2.

A tabela 2 apresenta a eficincia de cada etapa do sistema em relao etapa anterior, deste modo temos a eficincia do pr-filtro dinmico em relao a gua bruta; os pr-filtros em relao ao efluente do pr-filtro dinmico, os filtros lentos 1 e 2 em relao ao efluente do pr-filtro 2 e os filtros lentos 3 e 4 em relao ao efluente do pr-filtro 1. E na segunda coluna apresentada a eficincia cum