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Jar-teste
Introdução
O Jar-Teste é o procedimento mais simples empregado para
determinar a dosagem de coagulante e pH de coagulação no tratamento de
água. Através deste ensaio mede-se a condição ótima para floculação
caracterizada pelo tempo e agitação necessária. Além disso, deve-se verificar
se a floculação obtida fornece uma água que após a sedimentação
apresentará uma grande redução de turbidez (ROSSIN, 2013).
A coagulação consiste no conjunto de ações físicas e reações químicas
entre o coagulante, a água e as impurezas presentes. Apresenta-se em três
fases: formação das espécies hidrolisadas de coagulante quando disperso na
água, desestabilização das partículas coloidais e suspensas dispersas na
massa líquida e agregação dessas partículas para formação dos flocos
(SANTOS, 1985).
Os coagulantes são compostos que possuem propriedades de reagir
com álcalis produzindo hidróxidos gelatinosos que envolvem e adsorvem
impurezas (remoção de turbidez) e produzir íons trivalentes de cargas
elétricas positivas, que atraem e neutralizam as cargas elétricas dos colóides
que, em geral são negativas (remoção de cor). Os mais conhecidos e
utilizados no processo de tratamento de água são: sais de alumínio, tal como
sulfato de alumínio, VETA e policloreto de alumínio (PAC) (OENNING, 2006).
Segundo Universo Ambiental (2013), o sulfato de Alumínio é o mais
utilizado entre os coagulantes. É um sólido cristalino de cor branca-
acinzentada, contendo aproximadamente 17% de Al2O3 solúvel em água,
possuindo eficácia na faixa de pH de 5,5 a 8. É disponível em pedra, em pó
ou em soluções concentradas. Outros sais de Al: sulfato duplo de alumínio e
amônio Al2(SO4)3 . (NH4)2SO4 . 24H2O (Alúmen de Amônio) e Na2OAl2O3
(Alúmen de Sódio).
O coagulante VETA é um polímero natural de caráter catiônico de
baixo peso molecular, de origem essencialmente vegetal. É comercializado
na forma líquida. Polímeros catiônicos atuam bem na faixa de pH 5,5 a 8.
(INDÚSTRIAS QUÍMICAS LTDA, 2013).
O PAC é um coagulante a base de sal de alumínio pré-polimerizado de
origem orgânica a base de tanino de acácia negra com formula básica Aln
(OH)nCl3n-m onde a relação m/3n x 100 indica a basicidade do produto, pelo
estado pré-polimerizado e pelas pontes de oxigênio entre os alumínios. É
eficaz na faixa de pH entre 6 e 9 (CASTRO, 2011).
Objetivou-se avaliar, através do método de Jar-teste, o coagulante mais
eficaz para aplicação no tratamento de água.
1. Material e Métodos
Foram utilizados materiais e instrumentos de laboratório como:
béqueres, erlenmeyers, balões volumétricos, pipeta volumétrica, pera, bastão
de vidro, pHmetro e turbidímetro. Os reagentes utilizados foram: Al2(SO4)3,
fenolftaleína, ácido sulfúrico 0,02 N e indicador metilorange. Como amostra
foi utilizada água bruta coletada dia 16 de dezembro de 2013 às 9 horas e 30
minutos no Arroio do Padre.
Realizaram-se análises de pH, turbidez, alcalinidade e observação
visual da água bruta.Inicialmente colocou-se a amostra em béquer e fez-se a
análise de pH em pHmetro. Em seguida fez-se análise de turbidez em
turbidímetro. O terceiro passo mediu-se alcalinidade onde colocou-se 50 mL
de amostra em um frasco erlenmeyer de 250 mL, adicionou-se 2 gotas de
fenolftaleína, titulou-se com ácido sulfúrico 0,02 N, anotou-se o volume gasto,
adicionou-se 5 gotas do indicador metilorange e titulou-se com ácido sulfúrico
0,02 N até a coloração amarelo-alantanjada, anotou-e o volume. O quarto
passo observou-se visualmente a água bruta e anotou-se o resultado.
Posteriormente, fez-se as mesmas análises de pH, turbidez, alcalinidade e
observação visual porém com diferentes coagulantes e concentrações.
Utilizou-se Al2(SO4)3 a 10 ppm, 30 ppm, 50ppm, 70 ppm, 90 ppm, 120 ppm,
coagulante VETA a 50 ppm, 90 ppm e 120 ppm e PAC a 30 mg/L, 50 mg/L e
70 mg/L. Antes das analises requeridas obteu-se a solução mãe de cada
coagulante, adicionou-se a amostra, fez-se agitação rápida por 2 minutos e
lenta por 10 minutos e esperou-se 30 minutos para ocorrer a decantação dos
flocos.
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2. Resultados e Discussão
Para a escolha do coagulante a ser usado leva-se em consideração a
quantidade a ser utilizada, o pH e a turbidez remanescente da água. Estes
parâmetros foram avaliados e estão representados na Tabela 1 bem como a
observação visual na Tabela 2.
Tabela 1: Parâmetros físico-químicos da água com diferentes coagulantes
Análises Coagulantes
Água
BrutaAl2(SO4)3 VETA PAC
Quantidade
10
ppm
30
ppm
50
ppm
70
ppm
90
ppm
120
ppm
50
ppm
90
ppm
120
ppm
30
mg/L
50
mg/L
70
mg/L
pH 6,08 6,46 5,73 5,53 5,60 5,65 5,61 6,46 6,44 6,33 6,27 6,40 6,35
Alcalinidade
(mg de
CaCO3/ L)
60 6 16 26 20 6 10 52 46 46 72 50 40
Turbidez (UT) 13 16,6 20,3 4 2,2 2,0 3,7 16,5 11,1 4,8 18,5 6,5 3,8
Tabela 2: Observação visual da água com diferentes coagulantes
Coagulante Observação Visual
Água Bruta Colorida sem muita turbidez
Al2(SO4)3 10 ppm Não houve floculação
Al2(SO4)3 30 ppm Não houve floculação
Al2(SO4)3 50 ppm Flocos pequenos com coloração
Al2(SO4)3 70 ppm Flocos pequenos e água incolor
Al2(SO4)3 90 ppm Flocos grandes e água incolor
Al2(SO4)3 120 ppm Flocos grandes e água incolor
VETA 50 ppm Flocos bem pequenos com coloração
VETA 90 ppm Flocos grandes com coloração
VETA 120 ppm Flocos grandes
PAC 30 mg/L Flocos pequenos
PAC 50 mg/L Flocos grandes
PAC 70 mg/L Flocos grandes
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Quando em água pura com pH baixo o Sulfato de Alumínio se hidrolisa
predominantemente na forma Al+++, e em soluções alcalinas Al(OH)4- e
Al(OH)5--. Em soluções diluídas na neutralidade temos o Al(OH)3. Na água, o
Al2(SO4)3 . 18H2O reage com a alcalinidade natural formando o Al(OH)3
segundo a reação:
O Al(OH)3 irá precipitar-se formando os flocos e o CO2 será o
responsável pelo aumento da acidez da água. Quando a alcalinidade natural
da água é reduzida, devido ao aumento da acidez, realiza-se um correção de
geralmente pela adição de cal ((Ca(OH))2 ou carbonato de sódio Na2CO3
ocorrendo as reações abaixo (UNIVERSO AMBIENTAL, 2013).
O coagulante VETA não incorpora sais no sistema tratado, diminuindo
assim a condutividade na água tratada, atua quelando metais, desta forma
reduz os metais normalmente contidos na água bruta; não altera
significativamente o pH da água tratada; não necessita de pré-alcalinização,
pois atua em uma ampla faixa de pH (4,5 até 8,0); necessita de uma
concentração menor de auxiliares de floculação (floculante), pois sua reação
é muito mais rápida que os sistemas tradicionais, formando flocos
estruturalmente maiores; em dias frios, suas reatividade é muito maior, pois o
sulfato de alumínio tem que se ionizar para ter sua função, o que não é
necessário para o sistema orgânico (INDÚSTRIAS QUÍMICAS LTDA, 2013).
Já o PAC apresenta vantagens na coagulação em relação aos demais
coagulantes inorgânicos não polimerizados, pela maior concentração de
elemento ativo oxido de alumínio (Al2O3). (CASTRO, 2011).
O pH para água doces destinada ao abastecimento doméstico deve
estar entre 6 a 9 (CONAMA, 2005). Portanto, a ação que o coagulante terá
sobre o pH é de extrema importância, pois dependendo do valor será
necessário a ajustá-lo. A Figura 1 mostra a influência do coagulante sobre o
pH.
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Figura 1: Relação de pH e concentração dos coagulantes
Podemos observar que o Sulfato de Alumínio modificou
significativamente o pH da água, sendo que quanto maior a concentração
deste coagulante maior a queda do pH. Para o VETA houve uma pequena
queda do pH, porém não significativa. Já o PAC praticamente não alterou o
pH. Quando o pH está muito baixo é necessário ajustá-lo com álcalis que
geram custos.
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A alcalinidade da água é entendida como a capacidade na
neutralização de ácidos e a acidez de neutralização de bases. Na água a
alcalinidade é devida principalmente pela presença de sais de ácidos fracos
e/ou bases fortes ou fracas. Tem importância na coagulação química, pois os
coagulantes tem atuação como ácidos em solução reduzindo a alcalinidade e
baixando o valor do pH, sendo reajustado com a adição de alcalinizantes
(PAVANELLI, 2001).
A alcalinidade em águas naturais varia entre 10 a 350 mg/L de CaCO3.
Do ponto de vista sanitário a alcalinidade não tem significado relevante,
entretanto águas de alta alcalinidade são desagradáveis ao paladar e a
associação com pH elevado, excesso de dureza e de sólidos dissolvidos, no
conjunto, é que podem ser prejudiciais (PEIXOTO, 2007). A Figura 2
representa a relação da concentração dos coagulantes com a alcalinidade.
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Figura 2: Relação de alcalinidade e concentração dos coagulantes
A água bruta apresentava alcalinidade de 60 mg/L de CaCO3. Como a
alcalinidade está relacionada com o pH a influencia do coagulante foi
semelhante. Para o Sulfato de Alumino houve uma maior queda na
alcalinidade, para o VETA tanto a alcalinidade como o pH se mantiveram
praticamente constantes e com o PAC houve uma pequena queda.
A turbidez é definida como o grau de redução que a luz sofre ao
atravessar uma determinada quantidade de água, devido à presença das
partículas e substâncias que a água contém. Em geral, a turbidez é
provocada pela ação das chuvas, que, por meio de seus caminhos de
escoamento na superfície do solo carregam partículas de areia e argila
(PAVANELLI, 2001). A Figura 3 representa a eficácia dos coagulantes na
redução da turbidez.
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Figura 3: Relação de turbidez e concentração dos coagulantes
O Ministério da Saúde determina que a água destinada ao consumo
não deve estar acima de 5 UT. A água bruta apresentava baixa turbidez (13
UT). Os valores encontrados acima de 13 UT, como nas concentrações de 10
e 30ppm para o Sulfato de Alumínio, 50ppm para o VETA e 30ppm para o
PAC, são explicados devido a formação dos flocos que não decantaram após
o tempo estimulado de 30 minutos. Para o Sulfato de Alumínio houve uma
redução eficaz da turbidez a partir de 50ppm, sendo 70 e 90ppm as
concentrações de maior eficácia. Entretanto, deve-se considerar o custo
benefício, já que, a diferença de turbidez de 70ppm para 90ppm é baixa, de
2,2 UT para 2,0 UT respectivamente, a concentração recomendada seria de
70ppm. O VETA não apresentou uma boa redução da turbidez, sendo
120ppm a única concentração a deixar a água no limite estabelecido pela
legislação. Para o PAC apenas a concentração de 70mg/L foi eficiente. Com
estes ensaios pode-se observar que nem sempre maiores dosagens de
coagulante proporcionam maior remoção de turbidez.
A turbidez é um parâmetro que indica a qualidade estética das águas.
As partículas que deixam a água turva podem abrigar microrganismos e
protegê-los contra a ação do agente desinfetante, por isto a importância da
redução da turbidez da água (PEIXOTO, 2007).
Outro parâmetro importante é a cor que a água apresenta. A cor é a
existência de partículas coloidais ou em suspensão. Classificada como cor
real, presença de matérias orgânicas dissolvidas ou coloidais, e cor aparente
devida a existência de matérias em suspenção. É um atributo estético que
não está necessariamente relacionado com problemas de contaminação, é
um padrão de potabilidade. Serve como base para a determinação das
dosagens de produtos a serem adicionados, dos graus de mistura, tempo de
contato e de sedimentação das partículas floculadas (PEIXOTO, 2007).
O Ministério da Saúde permite um valor máximo de 15 unidades
Hazen, pois a presença de cor provoca repulsa psicológica pelo consumidor.
Por serem parâmetros de rápida determinação, a cor e a turbidez são muito
úteis nos ensaios de floculação das águas através do Jar Teste. As Figuras
4, 5, 6, 7 e 8 mostram a água bruta e a água após a decantação dos flocos
8
formados pelos diferentes tipos e concentrações dos coagulantes. Observa-
se uma diferença na cor da água, apesar desta analise não ter sido realizada.
Figura 4: Água Bruta
Figura 5: Água após a decantação dos flocos com Sulfato de Alumínio nas
concentrações de 50, 30 e 10ppm.
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Figura 6: Água após a decantação dos flocos com Sulfato de Alumínio nas
concentrações de 70, 90 e 120ppm.
Figura 7: Água após a decantação dos flocos com VETA nas concentrações de 50,
120 e 90ppm.
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Figura 8: Água após a decantação dos flocos com PAC nas concentrações de 70, 50 e
30ppm.
3. Conclusão
Em virtude dos fatos mencionados, conclui-se que nos processos de
tratamento de água os coagulantes mais utilizados são sais de alumínio, tal
como sulfato de alumínio, VETA e policloreto de alumínio (PAC), dentre
estes destaca-se o sulfato de alumínio na concentração 70ppm no qual
obteve melhores resultados em relação ao pH, pois não houve uma queda
excessiva não sendo necessária a utilização de grandes quantidades de
neutralizantes, a alcalinidade, a turbidez, além do aspecto visual, no qual
não notou-se partículas suspensas. Apesar do sulfato de alumínio na
concentração de 90ppm ter uma turbidez melhor do na concentração de
70pm ela não é significativa (diferença de 0,2 UT), pois o aumento da
concentração do coagulante significa custos para a indústria.
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PEIXOTO, J. Análises físico-químicas: cor, turbidez, pH, temperatura,
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