UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA...

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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA GABRIELE CRISTINE RIBEIRO ALUVINO Estudo da aplicação do extrato de semente de Moringa oleifera visando a substituição do coagulante sulfato de alumínio em uma estação de tratamento de água para abastecimento Lorena - SP 2015

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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA

GABRIELE CRISTINE RIBEIRO ALUVINO

Estudo da aplicação do extrato de semente de Moringa oleifera visando a substituição do coagulante sulfato de alumínio em uma estação de

tratamento de água para abastecimento

Lorena - SP

2015

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GABRIELE CRISTINE RIBEIRO ALUVINO

Estudo da aplicação do extrato de semente de Moringa oleifera visando a substituição do coagulante sulfato de alumínio em uma

estação de tratamento de água para abastecimento

Monografia apresentada à Escola de Engenharia de Lorena EEL-USP como requisito parcial para a conclusão de Graduação do curso de Engenharia Industrial Química.

Orientadora: Professora Drª. Teresa Cristina Brazil Paiva

Lorena - SP 2015

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AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIOCONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE

Ficha catalográfica elaborada pelo Sistema Automatizadoda Escola de Engenharia de Lorena,

com os dados fornecidos pelo(a) autor(a)

Aluvino, Gabriele Cristine Ribeiro Estudo da aplicação do extrato de semente deMoringa oleifera visando a substituição do coagulantesulfato de alumínio em uma estação de tratamento deágua para abastecimento / Gabriele Cristine RibeiroAluvino; orientadorA Teresa Cristina Brazil Paiva. -Lorena, 2015. 48 p.

Monografia apresentada como requisito parcialpara a conclusão de Graduação do Curso de EngenhariaIndustrial Química - Escola de Engenharia de Lorenada Universidade de São Paulo. 2015OrientadorA: Teresa Cristina Brazil Paiva

1. Semente de moringa oleifera. 2. Sulfato dealumínio. 3. Tratamento de Água. I. Título. II. Paiva,Teresa Cristina Brazil, orient.

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AGRADECIMENTOS

Primeiramente a Deus, por todas as bênçãos alcançadas em minha vida e a minha

família, em especial meu pai Paulo César Aluvino que me criou de maneira inefável

e por quem tenho eterna gratidão. Deus e minha família foram meus alicerces e

onde encontrei alento nos momentos de dificuldade.

Ao meu noivo, Wesley Novaes Fioreze Costa, com amor, carinho e admiração pela

compreensão, auxílio e apoio incansável durante toda a elaboração deste trabalho.

À Profª. Drª. Teresa Cristina Brazil Paiva, pela atenção e apoio durante o processo

de pesquisa e orientação.

Ao Prof. Dr. Luís Fernando Figueiredo Faria, por toda atenção, auxílio e por ceder

equipamento utilizado em minha pesquisa.

À técnica Lúcia Aparecida Bernardes de Almeida Castro, que desde o início da

minha graduação sempre esteve disposta a me ajudar e muito me ensinou,

contribuindo para meu crescimento científico e intelectual.

Ao SAAE por toda a colaboração durante o desenvolvimento da minha monografia.

À Escola de Engenharia de Lorena – USP, funcionários, professores e amigos, que

contribuiram para minha formação em Engenheira Industrial Química.

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EPÍGRAFE

“Por vezes sentimos que aquilo que fazemos não é senão uma gota de água no

mar. Mas o mar seria menor se lhe faltasse uma gota.”

Madre Teresa de Calcutá

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RESUMO

ALUVINO, G. C. R. Estudo da aplicação do extrato de semente de Moringa

oleifera visando a substituição do coagulante sulfato de alumínio em uma estação de tratamento de água para abastecimento. 2015. 48 f. Monografia (Trabalho de Graduação em Engenharia Industrial Química) – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2015.

É cada dia mais crescente a preocupação com a qualidade e escassez dos recursos naturais, dentre eles a água, que sem dúvidas é o mais importante para a vida do planeta. Resíduos de alumínio presentes na água de consumo causam problemas ambientais e apresentam riscos à saúde humana. Uma das fontes é o sulfato de alumínio, que é utilizado como coagulante na maioria das estações de tratamento de água do país. A utilização de produtos naturais no tratamento de águas demonstra ser uma forma menos prejudicial ao ambiente e aos consumidores, além de envolver baixos custos de produção. Neste trabalho foi proposto um estudo visando a viabilidade do uso do extrato da semente de moringa no tratamento de água para consumo. O estudo mostrou que a concentração ótima de extrato de semente de moringa na água é 140 mg/L. Nessa concentração foi obtida uma remoção de turbidez superior a 98% nas três etapas de tratamento: coagulação, floculação e sedimentação, usando o Jar Test. Sendo que com uma concentração de 90 mg/L a turbidez foi inferior a 1,0 NTU. Apesar de ser necessário realizar novos estudos, considerando os resultados obtidos neste trabalho, o extrato da semente de moringa mostrou ser um potencial coagulante capaz de substituir o sulfato de alumínio.

Palavras-chave: Semente de Moringa oleifera, Sulfato de Alumínio, Tratamento de Água.

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ABSTRACT

ALUVINO, G. C. R. Applications of Moringa oleifera seed extract in order to replace coagulant aluminum sulfate in a water treatment plant for supplying. 2015. 48 f. Monografia (Trabalho de Graduação em Engenharia Industrial Química) – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2015.

It is increasingly growing day by concern for the quality and scarcity of natural resources, including water, which undoubtedly is the most important for life on the planet. Aluminum residues in drinking water cause environmental problems and pose risks to human health. One source is aluminum sulfate, which is used as the coagulant for most water treatment plants of the country. The use of natural products for the water treatment demonstrates to be less damaging to the enviroment and consumers, in addition to involving lower production costs. In this paper was proposed a study aiming the feasibility aiming at the feasibility of using moringa seed extract in a water treatment plant for supplying. The study showed that the optimal concentration of moringa seed extract is 140 mg/L. In this concentration was obtained a higher turbidity removal to 98% in three processing steps: coagulation, flocculation and sedimentation, using Jar Test. Since a concentration of 90 mg/L of extract is the turbidity less than 1,0 NTU. Although it is necessary to carry out new studies, considering the results obtained in this study, the moringa seed extract was shown a coagulant potential able to replace aluminum sulfate.

Keywords: Moringa oleifera seed, Aluminum Sulfate, Water Treatment

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Captação de água bruta no Rio Paraíba do Sul .............................................................. 18

Figura 2 - Esquema da estação de tratamento de água do SAAE .................................................. 20

Figura 3 - Distribuição do tamanho das partículas presentes na água ........................................... 21

Figura 4 - Representações das estruturas primárias de quitina e quitosana onde n é o grau de

polimerização ................................................................................................................................... 24

Figura 5 - Semente da Moringa oleifera........................................................................................... 25

Figura 6 - Rio Paraíba do Sul ........................................................................................................... 28

Figura 7 - Equipamento Jar Test ...................................................................................................... 29

Figura 8 – Semente da Moringa oleifera com casca ....................................................................... 32

Figura 9 - Semente da Moringa oleifera sem casca ........................................................................ 32

Figura 10 - Pó da semente da Moringa oleifera ............................................................................... 33

Figura 11 - Turbidímetro da marca TECNOPON, modelo TB 1000 ................................................ 35

Figura 12 - Variação da turbidez final com a concentração de Moringa ......................................... 37

Figura 13 - Variação da porcentagem de remoção de turbidez com a concentração de extrato de

semente da moringa......................................................................................................................... 37

Figura 14 - Variação da turbidez final com a concentração de Moringa ......................................... 39

Figura 15 - Variação da porcentagem de remoção de turbidez com a concentração de extrato de

semente da moringa......................................................................................................................... 40

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Padrão de aceitação para consumo humano ................................................................. 16

Tabela 2 - Metas progressivas para atendimento ao valor máximo permitido para filtração rápida 17

Tabela 3 - Metas progressivas para atendimento ao valor máximo permitido para filtração lenta . 17

Tabela 4 - Características gerais de subprodutos da moringa empregados na alimentação. ........ 26

Tabela 5 - Recomendações quanto ao tipo de frasco, forma de preservação e prazo de execução

de análise para cada parâmetro ...................................................................................................... 30

Tabela 6 - Variáveis operacionais utilizadas no Jar Test ................................................................. 31

Tabela 7– Resultados das análises de pH, turbidez, dureza, sólidos dissolvidos totais e temperatura

na água bruta ................................................................................................................................... 36

Tabela 8 - Resultados obtidos na amostra de água, após tratamento, de pH, dureza e SDT e limites

estabelecidos ................................................................................................................................... 38

Tabela 9 - Resultados obtidos de pH, dureza e SDT após tratamento da água e os limites

estabelecidos ................................................................................................................................... 40

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LISTA DE SIGLAS

CBH - PS – Comitê das Bacias Hidrográficas do Rio Paraíba do Sul

EDTA – Ácido etilenodiamino tetra-cético

ETA – Estação de Tratamento de Água

PAC – Policloreto de Alumínio

SAAE – Serviço Autônomo de Água e Esgotos de Aparecida

SDT – Sólidos Dissolvidos Totais

VMP – Valor Máximo Permitido

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LISTA DE SÍMBOLOS

mg – miligrama

L – litro

NTU – Unidade Nefelométrica de Turbidez

uH – Unidade Hazen (mg-Col.L-1).

uT – Unidade de Turbidez

s – segundo

m – metro

g – grama

ºC – grau Celsius

rpm – rotação por minuto

min – minuto

mm – milímetro

µm – micrômetro

mL – milílitro

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ....................................................................................................................... 12

2. OBJETIVO ............................................................................................................................. 14

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................................... 15

3.1. Padrão de Potabilidade.............................................................................................. 15

3.2. Etapas do tratamento de água realizadas no SAAE .......................................... 18

3.3. Coagulação/Floculação ............................................................................................. 20

3.4. Coagulantes Químicos .............................................................................................. 22

3.5. Coagulantes naturais ................................................................................................. 23

3.6. Rio Paraíba do Sul ...................................................................................................... 27

3.7. Jar Test .......................................................................................................................... 28

4. METODOLOGIA ................................................................................................................... 30

4.1. Caracterização da água ............................................................................................. 30

4.2. Operação em Jar Test ................................................................................................ 30

4.3. Preparação da Moringa oleifera como coagulante ............................................ 31

4.4. Determinação de pH ................................................................................................... 34

4.5. Determinação da concentração de Sólidos Dissolvidos Totais (SDT) ......... 34

4.6. Determinação de turbidez ......................................................................................... 34

4.7. Determinação de dureza............................................................................................ 35

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO .......................................................................................... 36

5.1. Análise da água bruta ................................................................................................ 36

5.2. Operação em Jar Test ................................................................................................ 36

6. CONCLUSÃO ........................................................................................................................ 42

7. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .............................................................. 43

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................................... 44

ANEXO ........................................................................................................................................... 48

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1. INTRODUÇÃO

A escassez da água já é uma realidade e esse problema tende a aumentar.

Alguns dos motivos são o comprometimento de sua qualidade, desperdícios, falta

de planejamento, má administração, mudanças climáticas e aumento de sua

demanda. Estes e outros fatores ameaçam o fornecimento de água em cidades por

todo o Brasil.

Os serviços públicos de abastecimento devem fornecer sempre água de boa

qualidade, além de realizar análises das águas obtidas em mananciais com a

finalidade de revelar se há ou não a necessidade de realizar qualquer processo

corretivo. Muitas cidades, como Nova Iorque, Roma e Madri, dispõem de água de

qualidade aceitável e não fazem tratamento (NETTO, 1991).

O Rio de Janeiro só adotou o tratamento da água de abastecimento em

1955. A necessidade de tratamento e os processos exigidos deverão ser

determinados com base nas inspeções sanitárias e nos resultados representativos

de exames e análises (NETTO, 1991).

Duas das principais preocupações nas fases de projeto e operação de uma

estação de tratamento de água (ETA) é a disponibilidade e a qualidade da água

bruta captada. Além desses dados, é importante definir o número de habitantes a

ser abastecidos, taxa de crescimento populacional, os custos associados, os tipos

de processos necessários para o tratamento e os impactos ambientais associados

à instalação (RIBEIRO, 2010).

No Brasil, somente em 1977, com o advento da Portaria 56 do Ministério da

Saúde foi estabelecido o primeiro padrão de potabilidade que definia os limites

máximos para as diversas características inerentes às águas de consumo humano.

Até então, recomendações do Serviço Norte-Americano de Saúde Pública

constituíam o único batizador em relação à qualidade da água potável (LIBÂNIO,

2008). Posteriormente, outras Portarias foram publicadas, dentre elas a Portaria 36,

em janeiro de 1990, e a Portaria 518 em março de 2004. Atualmente vigora a

Portaria nº 2.914, de 12 de dezembro de 2011.

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Sais de alumínio e de ferro são os coagulantes mais utilizados no tratamento

de água para consumo humano, porém seus efeitos no meio ambiente e custo têm

motivado o uso de coagulantes orgânicos derivados de plantas

(GHEBREMICHAEL et al., 2005). Algumas sementes têm se apresentado como

coagulantes eficientes, como as de Moringa oleifera. Nesse sentido, muitos autores

confirmam que as sementes dessa planta agem como um coagulante capaz de

remover turbidez e melhorar a qualidade da água (BABU & CHAUDHURI, 2005).

Desse modo, este trabalho pretende estudar a capacidade coagulante do

extrato da semente da Moringa oleifera de modo a concluir sobre a viabilidade

técnica da sua utilização na estação de tratamento de água de Aparecida-SP. Os

experimentos de tratamento foram realizados em laboratório, utilizando o Jar Test,

que é um simulador de tratamento de água.

Sendo esta planta um recurso natural que pode ser produzida no Brasil, e no

caso de provada a viabilidade técnica da sua utilização a partir de novos

parâmetros, esta poderá ser utilizada em outras estações de tratamento de água e

trazer consequências positivas ao meio ambiente em larga escala.

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2. OBJETIVO

O principal objetivo desse trabalho foi avaliar a viabilidade técnica de

substituir o coagulante sulfato de alumínio pelo extrato de semente de moringa no

tratamento de água para consumo humano.

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3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1. Padrão de Potabilidade

Muitos elementos e substâncias químicas podem ser encontrados

naturalmente na água, no entanto, as atividades industriais e agrícolas podem

elevar a concentração de alguns produtos, podendo acarretar valores impróprios

para o consumo humano. No projeto de uma ETA, o manancial de captação deve

ser cuidadosamente escolhido, com levantamento detalhado das atividades

humanas da região. A definição da tecnologia utilizada no tratamento pode exigir

caracterização física, química, bacteriológica e radiológica detalhada da água (DI

BERNARDO, et al, 2002).

Quanto à qualidade da água tratada, o Padrão de Potabilidade vigente no

Brasil é estabelecido pela Portaria n° 2.914 de 12/12/2011 do Ministério da Saúde,

em que as instituições ou órgãos aos quais a norma se aplica promovam as

adequações necessárias a seu cumprimento, no que se refere ao tratamento por

filtração de água para consumo humano suprida por manancial superficial e

distribuída por meio de canalização e da obrigação do monitoramento de

cianobactérias e cianotoxinas.

Na Portaria nº 2.914 são estabelecidos os limites máximos permitidos para

dezenas de parâmetros que precisam ser respeitados em toda água para consumo

humano distribuída no território nacional. Poucas estações de tratamento de água

no Brasil estão preparadas para realizar os ensaios previstos na legislação,

devendo a inspeção de alguns parâmetros, que exigem pessoal e equipamentos

sofisticados, ficar a cargo de outros órgãos municipais, estaduais ou federais. O

envio de amostras para análise é, contudo, responsabilidade do serviço de

tratamento de água, devendo-se obedecer rigorosamente à frequência de

amostragem determinada pela Portaria n º 2.914, sem exceções (DI BERNARDO,

et al, 2002).

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Segundo a Portaria nº 2.914 do Ministério da Saúde, a água potável deve

estar em conformidade com o padrão de aceitação de consumo expresso na Tabela

1.

Tabela 1 - Padrão de aceitação para consumo humano

Parâmetro Unidade VMP Alumínio mg.L-1 0,2 Amônia (como NH3) mg.L-1 1,5 Cloreto mg.L-1 250 Cor Aparente uH 15 Dureza mg.L-1 500 Etilbenzeno mg.L-1 0,2 Ferro mg.L-1 0,3 Manganês mg.L-1 0,1 Sódio mg.L-1 200 Sólidos dissolvidos totais mg.L-1 1000 Sulfato mg.L-1 250 Sulfeto de Hidrogênio mg.L-1 0,05 Surfatantes mg.L-1 0,5 Turbidez uT 5 Turbidez (Desinfecção) uT 1* Turbidez (Filtração rápida) uT 0,5* Turbidez (Filtração lenta) uT 1* Zinco mg.L-1 5 Xileno mg.L-1 0,3

Fonte: Ministério da Saúde, 2011

Nota da tabela: * = em 95% das amostras

VMP = Valor máximo permitido

Além desses parâmetros, há a recomendação de que, no sistema de

distribuição, o pH da água seja mantido na faixa de 6,0 a 9,5 e o teor máximo de

cloro residual livre em qualquer ponto do sistema de abastecimento seja de 2 mg/L.

As metas para a redução progressiva da turbidez para atender o valor

máximo permitido de 0,5 para filtração rápida e de 1,0 para filtração lenta estão

descritas na Tabela 2 e Tabela 3, respectivamente.

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Tabela 2 - Metas progressivas para atendimento ao valor máximo permitido para filtração rápida

Filtração rápida

Período após a publicação

da Portaria ≤ 0,5 uT ≤ 1,0 uT

Final do 1º ano Em no mínimo 25% das

amostras mensais coletadas

No restante das amostras

mensais coletadas

Final do 2º ano Em no mínimo 50% das

amostras mensais coletadas

Final do 3º ano Em no mínimo 75% das

amostras mensais coletadas

Final do 4º ano Em no mínimo 95% das

amostras mensais coletadas

Fonte: Ministério da Saúde

Tabela 3 - Metas progressivas para atendimento ao valor máximo permitido para filtração lenta

Filtração lenta

Período após a publicação

da Portaria ≤ 1,0 uT ≤ 2,0 uT

Final do 1º ano Em no mínimo 25% das

amostras mensais coletadas

No restante das amostras

mensais coletadas

Final do 2º ano Em no mínimo 50% das

amostras mensais coletadas

Final do 3º ano Em no mínimo 75% das

amostras mensais coletadas

Final do 4º ano Em no mínimo 95% das

amostras mensais coletadas

Fonte: Ministério da Saúde

As metodologias analíticas para determinação dos parâmetros físicos,

químicos, microbiológicos e de radioatividade devem atender às especificações das

normas nacionais, da edição mais recente da publicação Standard methods for the

examination of water and wastewater ou das normas publicadas pela ISO

(International Standartization Organization) (MINISTÉRIO DA SAÚDE, 2011).

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3.2. Etapas do tratamento de água realizadas no SAAE

Dependendo da qualidade original da água, um ou mais processos são

necessários para o tratamento de água. Entre os principais processos, pode-se

citar: coagulação, floculação, decantação, filtração, desinfecção e fluoretação.

Na ETA de Aparecida são realizadas todas essas etapas, além da pré-

cloração que facilita a retirada de matéria orgânica e metais. O manancial utilizado

pelo município para o abastecimento de água é o Rio Paraíba do Sul. Segundo o

Plano Municipal Integrado de Saneamento Básico, o SAAE atende 12.200 ligações

domiciliares, a capacidade instalada é de 240 L/s e a demanda necessária em 2010

era de 140 L/s.

A Figura 1 mostra a captação de água bruta no Rio Paraíba do Sul.

Figura 1 - Captação de água bruta no Rio Paraíba do Sul

Fonte: Plano Municipal Integrado de Saneamento Básico de Aparecida

A coagulação é um processo de grande importância na remoção de

partículas suspensas e dissolvidas na água. Essa etapa consiste na

desestabilização das partículas coloidais que podem ser removidas nas etapas

seguintes (GHEBREMICHAEL, 2004). É um tratamento químico que permite a

posterior deposição das substâncias em suspensão e em colóides presentes na

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água, sendo comumente utilizado um composto químico como sulfato de alumínio

ou sulfato ferroso (FUNASA, 2006).

A floculação é uma das operações unitárias da clarificação que se constitui

em um conjunto de fenômenos físicos que visam a redução do número de partículas

suspensas e coloidais presentes na massa líquida. Nessa etapa, há agitação para

que ocorram os choques entre as partículas anteriormente desestabilizadas pela

ação do coagulante objetivando a formação dos flocos a serem posteriormente

removidos por decantação (LIBÂNIO, 2008).

O processo de decantação para a remoção de partículas sólidas em

suspensão é um dos mais comuns no tratamento da água. Consistindo na utilização

das forças gravitacionais para separar partículas com densidade superior a da

água, depositando-as em uma superfície ou zona de armazenamento. As partículas

que não são removidas nessa etapa, deverão ser removidas na filtração (NETTO,

1991).

A filtração tem como função primordial a remoção das partículas

responsáveis pela cor e turbidez, cuja presença reduziria a eficácia da desinfecção

na inativação dos microrganismos patogênicos. Na quase totalidade dos filtros

empregados no tratamento de água, o meio filtrante assenta-se sobre camada de

cascalho, pedregulho ou seixos rolados, denominada camada-suporte (LIBÂNIO,

2008). No SAAE é utilizado carvão ativado, areia e pedras.

A próxima etapa é a desinfecção que tem por finalidade a destruição de

microrganismos patogênicos presentes na água, como: bactérias, protozoários,

vírus e vermes. A desinfecção se faz necessária porque não é possível assegurar

a remoção total dos microrganismos pelos processos físico-químicos, usualmente

utilizados no tratamento de água. O desinfetante mais empregado na purificação

da água é o cloro. Além da desinfecção, ele é útil para outras finalidades, como o

controle de sabor e odor, remoção de sulfeto de hidrogênio, ferro e manganês,

remoção de cor etc (NETTO, 1991).

Por último, ocorre a fluoretação que tem como objetivo elevar a concentração

de fluoreto para proteção à cárie dentária. Especificamente para São Paulo, um

levantamento realizado em 1998 apontou que, dos 635 municípios do Estado, 194

não realizam a fluoretação (LIBÂNIO, 2008).

A Figura 2, mostra o esquema da estação de tratamento de água do SAAE.

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Figura 2 - Esquema da estação de tratamento de água do SAAE

Fonte: SAAE

Esses processos usados no tratamento convencional de água podem ser

simulados em laboratório, através de ensaios de tratabilidade em equipamentos

como o Jar Test. Este equipamento consiste em um conjunto de reatores estáticos

que fornece diferentes gradientes de velocidade. Desse modo, podem ser testados

diferentes coagulantes e simular a floculação e a sedimentação, sendo a água

analisada antes e depois da realização dessas operações (DI BERNARDO et al.,

2005).

3.3. Coagulação/Floculação

Muitas vezes os termos coagulação e floculação são utilizados como

sinônimos. A coagulação corresponde à desestabilização da dispersão coloidal,

obtida por redução das forças de repulsão entre as partículas com cargas

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negativas, sendo geralmente necessária agitação intensa por um período curto

para que o processo seja eficiente. A Figura 3 mostra as faixas de tamanho destas

partículas.

Figura 3 - Distribuição do tamanho das partículas presentes na água

Fonte: PAVANELLI, 2001

Os principais mecanismos que atuam na coagulação são: compressão de

camada difusa, adsorção e neutralização, varredura ou ainda adsorção e formação

de pontes (PAVANELLI, 2001).

Estes mecanismos podem ocorrer de acordo com o agente coagulante

empregado (SANTOS, 2006).

A floculação consiste no processo de agregação dessas partículas em

suspensão devido, principalmente, às forças de Van der Waals, de modo a formar

partículas maiores que possam sedimentar. Pode ocorrer formação dos flocos de

maneira espontânea, apenas pelos sucessivos choques entre as várias partículas

presentes, desde que o sistema apresente energia disponível, energia esta

decorrente da agitação. No entanto, uma agitação muito intensa pode fazer com

que os flocos formados se desagreguem espontaneamente (CARDOSO, 2008).

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3.4. Coagulantes Químicos

Os sais de alumínio e ferro são os compostos mais utilizados atualmente nas

estações de tratamento de água, sob a forma de sulfato de alumínio e sulfato

ferroso. O sulfato de alumínio se destaca como o coagulante químico mais utilizado

devido a sua relativa eficiência, seu baixo custo, fácil armazenamento e transporte.

Porém, o alumínio não é biodegradável e em elevadas concentrações pode

ocasionar problemas à saúde humana, como o processo degenerativo do Mal de

Alzheimer , envolvendo riscos relativos para populações expostas a concentrações

superiores a 0,1 mg/L de alumínio em água potável (CARDOSO, 2008; MAGACHO,

2009).

Outro coagulante químico de destaque é o policloreto de alumínio, conhecido

como PAC, contendo em sua estrutura cerca de 10 - 25% de Al2O3, como

ingrediente ativo. Este coagulante polimérico sintético apresenta vantagens sobre

os coagulantes inorgânicos, como a capacidade de produzir flocos em qualquer

faixa de pH, mais eficientes na remoção de sólidos e menor formação de lodo

(FONSECA, 2011). No entanto, seu uso deve ser controlado devido a produção de

produtos clorados e outros subprodutos prejudiciais na água tratada que causam

danos à saúde humana (NDABIGENGERESE; NARASIAH, 1998).

Em alguns casos, para que a coagulação aconteça é necessária a presença

de um agente alcalinizante no meio reacional. Os mais utilizados são óxido de

cálcio, hidróxido de cálcio ou carbonato de sódio. Podem ainda ser utilizados

auxiliares de floculação, como a sílica ativada, polieletrólitos, argila, betonita, entre

outros, cuja finalidade é tornar o floco mais denso, facilitando a decantação

(MAGACHO, 2009).

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3.5. Coagulantes naturais

Um dos aspectos considerados para a escolha do coagulante em

determinados países é as características do lodo gerado no tratamento, que está

diretamente relacionado a qualidade da água bruta e do pré-tratamento químico

adotado. As características físico-químicas do lodo variam conforme a composição

química do coagulante, sendo que problemas relacionados a disposição deste

material podem ser minimizados ajustando a etapa de coagulação ou mesmo

alterando o coagulante utilizado (SANTOS, 2007).

Assim, o uso de coagulantes de origem natural tem crescido

significativamente, pois são biodegradáveis, não são tóxicos e poluem menos,

produzindo efluentes com menores quantidades de elementos metálicos quando

comparados aos coagulantes químicos (KATAYON, 2005).

Derivados de Tanino

Taninos são compostos polifenóis encontrados em uma grande variedade

de plantas superiores, com características adstringentes. Têm como grande

vantagem apresentar a propriedade de adsorver metais dissolvidos em água,

aglutinando-os por precipitação no meio. Além disso, tem a capacidade de eliminar

ou diminuir a toxidez existente em águas contaminadas por bactérias clorofiladas

ou cianofíceas (FONSECA, 2010).

Segundo Heredia, Martín e Muñoz (2010), taninos têm sido testado com

sucesso na eliminação de corantes, remoção de surfactantes, remediação de

águas municipais e clarificação de água. O conhecimento da estrutura química do

tanino é uma tarefa difícil devido à sua complexidade química e o fato de eles serem

tomados de uma matriz natural sem uma purificação completa.

Quando os taninos agem como coagulantes, atuam eliminando a camada de

solvatação das partículas coloidais, acarretando a desestabilização dos colóides,

gerando os flocos, em faixa de pH de 4,5 a 8,0 (PELEGRINO, 2008).

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Quitosana

A quitosana é um polieletrólito natural, um dos principais derivados da

quitina, encontrado no esqueleto de animais marinhos como caranguejos,

camarões e lagostas. É um produto de baixo custo, renovável e biodegradável. As

carapaças de crustáceos são resíduos abundantes e rejeitados pela indústria

pesqueira, que as consideram poluentes. Durante o processamento do camarão,

na etapa de descasque, são geradas grandes quantidades de resíduo sólido. Este

resíduo é em geral clandestinamente enterrado ou jogado em rios ou no mar. Tendo

em vista que tal resíduo é constituído por proteínas, carbonato de cálcio, pigmentos

e quitina, tem havido grande interesse em seu reaproveitamento (FONSECA, 2010;

CARVALHO, 2008).

Segundo Carvalho (2008), a quitosana tem sido largamente utilizada em

estudos relacionados ao tratamento de água e efluentes, sendo empregada como

coagulante/floculante, como agente quelante de metais, como adsorvente de

corantes, ânions metálicos e outros.

Figura 4 - Representações das estruturas primárias de quitina e quitosana onde n é o grau de

polimerização

Fonte: BATTISTI; FILHO, 2008

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Moringa oleifera

Moringa oleifera, conhecida como moringa, é uma planta nativa do norte da

Índia. Porém, atualmente pode ser encontrada em quase todos os trópicos. No

Brasil, é conhecida como quiabo-de-quina e lírio branco; na Índia, como Sajina e

Shekta, e nos Estados Unidos como Horse-radish-tree (GERDES, 1997).

É um arbusto ou árvore de pequeno porte, que alcança até 12 metros de

altura. Trata-se de uma planta de crescimento rápido, caducifólia, com casca de cor

clara. A propagação da moringa é feita por meio de sementes, mudas ou estacas.

A planta é capaz de suportar longos períodos de estio, solos pobres e condições

semi-áridas. A planta pode alcançar até 4 m de altura em um ano, sendo cultivada

num espaço de 3 m. Quando adulta alcança uma produção anual de 3 a 5 toneladas

de sementes por hectare (MORTON, 1991).

As suas sementes são cápsulas arredondadas, contendo três asas

equidistantes que são revestidas por uma casca com certa dureza com aspecto de

ovo estralado. As folhas são bipenadas e as flores são amarelo-pálidas e

relativamente grande (SOUSA, 2006).

Figura 5 - Semente da Moringa oleifera

Fonte: http://www.finom.edu.br/

A árvore possui subprodutos, tais como: vagens, folhas, flores e sementes,

que podem ser empregados na nutrição tanto humana quanto a animal, na

agricultura, na indústria farmacêutica, cosmética e alimentícia, podendo ainda ser

empregada como lubrificante e biocombustível (LILLIEHOOK, 2005).

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Quanto ao aspecto nutricional, um dos usos principais é aproveitar vagem e

folhas como alimento. A Tabela 4 mostra as características gerais dos subprodutos

da Moringa empregados na alimentação.

Tabela 4 - Características gerais de subprodutos da moringa empregados na alimentação.

Conteúdo Vagem Folhas Pó das folhas Umidade (%) 86,9 75,0 7,5 Calorias/100g 26 92 205 Proteína (g/100g) 2,5 6,7 27,1 Gordura (g/100g) 0,1 1,7 2,3 Carboidrato (g/100g) 3,7 13,4 38,2 Fibra (g/100g) 4,8 0,9 19,2 Mineral (g/100g) 2,0 2,3 27,1

Fonte: PRICE (2000).

Em relação ao tratamento por coagulação-floculação de águas residuais ou

destinadas ao consumo humano, estudos demonstram que a percentagem de

remoção de turvação utilizando tanto a semente como a solução do extrato da

Moringa oleifera é de 80 a 99% (OKUDA et al, 1999).

O uso da Moringa oleifera em tratamentos de água pode ser aplicado como

em processos de adsorção da carga orgânica (VIEIRA, 2009) ou pela obtenção de

um extrato coagulante da semente (MADRONA, 2010). As vantagens do extrato da

semente de moringa estão na facilidade de manuseio, no envolvimento de

tecnologias simples nas quais profissionais não qualificados podem operar, além

de um extrato biodegradável (NDABIGENGERESE; NARASIAH, 1998; VIEIRA et

al., 2010).

Ainda não se sabe exatamente qual a natureza exata dos compostos com

propriedades coagulantes que podem ser extraídos da Moringa oleifera. A extração

pode ser feita com água, resultando em compostos de características protéicas

(NDABIGENGERESE; NARASIAH, 1998). Outros autores reportaram que em

extração salina, o componente ativo não era uma proteína, lipídio ou carboidrato,

mas um polieletrólito orgânico, sugerindo que a extração em fase aquosa e a salina

podem gerar componentes de naturezas diferentes (OKUDA et al., 2001).

Segundo Ndabigengesere e Narasiah (1998) comparando solução à base de

sementes de Moringa oleifera com sulfato de alumínio constataram que o uso de

Moringa oleifera não promove alterações significativas nos valores de pH da água,

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sendo que este permaneceu na faixa de 7,6 para as diversas dosagens testadas.

Já no caso do sulfato de alumínio houve uma redução no valor do pH de 7,6 para

4,2. Quanto à redução de turbidez, a moringa apresentou eficiência similar ao

sulfato de alumínio.

3.6. Rio Paraíba do Sul

O Rio Paraíba do Sul está localizado na Bacia Hidrográfica do Atlântico

Sudeste.O rio é formado na cidade de Paraibuna/SP da junção dos rios Paraitinga

e Paraibuna.A Bacia Hidrográfica do Rio Paraíba do Sul se estende por territórios

pertencentes a três Estados da Região Sudeste, São Paulo, Rio de Janeiro e Minas

Gerais (CBH-PS).

Uma das cidades que o Rio Paraíba do Sul atravessa é a cidade de

Aparecida-SP, sendo uma das últimas cidades da Bacia Hidrográfica desse rio no

Estado de São Paulo, ou seja, encontra-se após centros urbanos de grande e

médio porte como, por exemplo, São José dos Campos, Jacareí, Taubaté, dentre

outras.

Aparecida é conhecida como “Capital Mariana da Fé” e recebe anualmente

mais de onze milhões de visitantes, constituindo-se no maior centro de

peregrinação religiosa da América Latina. Na Figura 6, está a imagem de satélite

do Rio Paraíba do Sul.

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Figura 6 - Rio Paraíba do Sul

Fonte: Adaptado de http://maps.google.com.br

3.7. Jar Test

A dosagem ótima dos produtos químicos que são empregados no tratamento

da água é obtida por meio de ensaios realizados em laboratórios, denominados

teste dos jarros ou Jar Test, exemplificado na Figura 7. Este ensaio vem sendo

utilizado também para determinar os parâmetros básicos para elaboração de

projetos de estações de tratamento de água.

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Figura 7 - Equipamento Jar Test

Fonte: Próprio autor

Por meio deste ensaio determinam-se as condições ótimas para a floculação

de uma água, caracterizadas pelo tempo e pela agitação necessários. Uma vez

determinada a dosagem ótima dos coagulantes, faz-se necessário verificar qual o

tempo e o gradiente de velocidade ótimos para se flocular a água em estudo. Além

disso, deve-se verificar se a água obtida após a sedimentação apresenta redução

de turbidez capaz de atender a Portaria 2.914/2011 do Ministério da Saúde.

Como nesse tipo de teste interessam o tempo de floculação e o gradiente de

velocidade, para realizá-lo é necessário que o aparelho Jar Test tenha a

possibilidade de variar a velocidade de rotação dos agitadores; tal aparelho deve

possuir também um tacômetro onde será lido o número de rotações (AZEVEDO

NETO, 1987).

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4. METODOLOGIA

4.1. Caracterização da água

A água foi coletada na estação de tratamento de água do SAAE (Serviço

Autônomo de Água e Esgotos de Aparecida) e transportada em uma bolsa térmica

com gelo reciclado, em recipientes de polietileno, conforme descrito no Manual

Técnico para Coleta de Amostras de Água (MINISTÉRIO PÚBLICO DE SANTA

CATARINA, 2009). O tempo entre a coleta e o armazenamento da água (à

temperatura de 4 ºC) foi inferior a 1 hora. Todas as análises seguiram o

recomendado na Tabela 5.

Tabela 5 - Recomendações quanto ao tipo de frasco, forma de preservação e prazo de execução

de análise para cada parâmetro

Parâmetros Frasco Preservação Prazo

Dureza Total Polietileno,

polipropileno e vidro

Refrigeração a 4ºC e

HNO3 para pH < 2

07 dias

pH Polietileno,

polipropileno e vidro -------

Análise imediata

Turbidez Polietileno,

polipropileno e vidro

âmbar

Refrigeração a 4ºC;

48 horas

Fonte: Metodologia inclusa na 21ª edição do Standard Methods for the Examination of Water and

Wastewater

4.2. Operação em Jar Test

Toda a simulação de uma estação de tratamento de água foi feita no

equipamento Jar Test. Primeiramente foi realizada uma triagem para verificar em

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qual concentração do extrato de moringa seria obtida a melhor remoção de

turbidez. Depois de obtida essa concentração, foi realizado um ensaio em uma faixa

mais estreita do extrato de moringa. Não foi feita a correção do pH, pois a semente

de moringa tem um ótimo desempenho como coagulante no pH em que a água se

encontrava.

Na Tabela 6, estão demonstradas as variáveis operacionais utilizadas no Jar

Test.

Tabela 6 - Variáveis operacionais utilizadas no Jar Test

Mistura rápida

(Coagulação)

Mistura lenta

(Floculação) Sedimentação

Velocidade (rpm) 120 30

Duração (min) 4 25 30

Fonte: Próprio autor

Finalizadas as etapas de mistura rápida, lenta e de sedimentação, foram

medidos em todos os ensaios os valores de pH e turbidez. O ensaio com a condição

ótima foi aquele que apresentou o menor valor de turbidez.

4.3. Preparação da Moringa oleifera como coagulante

Existem vários processos de extração do componente ativo da Moringa

oleifera. Neste trabalho, o procedimento utilizado foi baseado no descrito por

Ribeiro (2010), como se reporta a seguir:

a) As sementes (Figura 8) foram descascadas (Figura 9) e o seu miolo

triturado num moinho de facas;

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Figura 8 – Semente da Moringa oleifera com casca

Fonte: Próprio autor

Figura 9 - Semente da Moringa oleifera sem casca

Fonte: Próprio autor

b) O pó proveniente da trituração (Figura 10) foi posteriormente peneirado

em uma peneira de 20 mesh, obtendo uma fração inferior a 1 mm;

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Figura 10 - Pó da semente da Moringa oleifera

Fonte: Próprio autor

c) A extração do composto ativo foi feito adicionando-se 5000 mg de pó de

Moringa oleifera a 0,2 L de água destilada com elevada agitação, usando

um agitador magnético durante 2 minutos;

d) O extrato obtido foi filtrado através de um filtro de papel de poro 7,5 µm

e o filtrado colocado num balão de 500 mL, completando-se o volume

com água destilada. O extrato obtido nestas condições corresponde a

uma concentração de 10.000 mg de Moringa oleifera/L.

A mistura entre o extrato da moringa e a água destilada resulta em um líquido

esbranquiçado, de cheiro intenso. Há também formação de espuma que não facilita

a filtração. O tempo de conservação é limitado devido a sua biodegradação. Por

esta razão, o extrato foi preparado no dia de execução dos ensaios em Jar Test.

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4.4. Determinação de pH

O pH da água foi determinado através de leitura direta no pHmetro, marca

HANNA, modelo HI 9811-5.

4.5. Determinação da concentração de Sólidos Dissolvidos Totais (SDT)

A determinação da concentração de SDT foi também determinada por leitura

direta no equipamento da marca HANNA, modelo HI 9811-5.

4.6. Determinação de turbidez

A Determinação de turbidez foi realizada em um turbidímetro da marca

TECNOPON, modelo TB 1000. Antes da leitura da turbidez das amostras, o

equipamento foi calibrado com a utilização de padrões de 0,1; 0,8; 8; 80 e 100 NTU.

As análises foram realizadas em triplicata.

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Figura 11 - Turbidímetro da marca TECNOPON, modelo TB 1000

Fonte: Próprio autor

4.7. Determinação de dureza

A dureza, foi medida através de titulação complexométrica. Colocou-se em um

erlenmeyer 50 mL da solução a ser titulada, 2 gotas do indicador negro de

eriocromo e 1 mL da solução tampão NH4OH/NH4Cl. Como padrão utilizou-se o

EDTA, na bureta. A dureza foi calculada segundo a seguinte equação (1). As

análises foram realizadas em triplicata.

�� = �� �� � �� � � � �� � � �� � � � (mg/L CaCO3) (1)

Em que:

F é o fator de correção do EDTA.

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5. RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1. Análise da água bruta

Antes de realizar os ensaios no Jar Test foram realizadas as análises de pH,

turbidez, dureza, sólidos dissolvidos totais e temperatura na água bruta (Tabela 7).

Tabela 7– Resultados das análises de pH, turbidez, dureza, sólidos dissolvidos totais e

temperatura na água bruta

Análise

Efetuada pH

Turbidez

(NTU)

Dureza

(mg/L CaCO3)

SDT

(mg/L)

Temperatura

(ºC)

Água bruta 5,8 9,7 20,434±0 60 19,8

Fonte: Próprio autor

De acordo com a Portaria nº 2.914 do Ministério da Saúde, os resultados da

análise da água bruta do Rio Paraíba do Sul mostraram que os parâmetros pH e

turbidez encontram-se fora do limite estabelecido, fazendo-se assim necessário o

tratamento da água bruta.

5.2. Operação em Jar Test

Operação em Jar Test utilizando o extrato ativo de semente de Moringa

O primeiro ensaio foi acompanhado de um ensaio em branco, ou seja, com

água bruta sem adição de coagulante. As demais concentrações de coagulante

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eram 30, 60, 90, 120 e 150 mg/L. O valor da turbidez final obtida e a porcentagem

de remoção da turbidez em função da concentração de Moringa oleifera, estão

apresentadas nas Figuras 12 e 13.

Figura 12 - Variação da turbidez final com a concentração de Moringa

Fonte: Próprio autor

Figura 13 - Variação da porcentagem de remoção de turbidez com a concentração de extrato de semente da moringa

Fonte: Próprio autor

8,95

3,9

2,1

0,720,41 0,58

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tu

rbid

ez

fin

al

(NT

U)

Concentração de Moringa (mg/L)

7,73

59,79

78,35

92,5895,77 94,02

0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Por

cent

agem

de

rem

oção

de

turb

idez

(%

)

Concentração de Moringa (mg/L)

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A Figura 12 mostra que para concentrações de Moringa oleifera superiores

a 30 mg/L o valor de turbidez final obtido é inferior a 4 NTU e que para

concentrações superiores a 90 mg/L a turbidez final obtida é inferior a 1 NTU.

A condição ótima encontrada para o coagulante foi aproximadamente 120

mg/L, valor no qual o extrato de semente de moringa tem maior capacidade de

remoção de turbidez.

A Figura 13 mostra que com concentrações superiores a 90 mg/L já se obtém

uma porcentagem de remoção superior a 90%.

Os resultados obtidos após o tratamento da água bruta dos parâmetros pH,

SDT e dureza e os limites legais estabelecidos pela Portaria nº 2.914 do Ministério

da Saúde, para os vários parâmetros de qualidade de água para consumo humano

são mostrados na Tabela 8.

Tabela 8 - Resultados obtidos na amostra de água, após tratamento, de pH, dureza e SDT e

limites estabelecidos

Concentração de Moringa

(mg/L) pH

SDT (mg/L)

Dureza (mg/L

CaCO3)

0 6,6 60 21,672±1,073

30 6,5 60 19,195±1,073

60 6,5 60 18,576±0

90 6,5 60 19,195±1,073

120 6,5 60 19,814±1,073

150 6,5 60 20,434±0

Limite 6 a 9,5 1.000 500

Fonte: Próprio autor

Conforme pode ser visto na Tabela 8, os valores encontrados estão dentro

dos limites estabelecidos pela referida Portaria. Observa-se ainda que não houve

uma mudança significativa nos valores encontrados de SDT e dureza, antes e após

o tratamento.

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Operação em Jar Test utilizando o extrato ativo de semente de Moringa em uma faixa mais estreita

Após ter sido encontrado a concentração em que se obteve a maior remoção

de turbidez, uma faixa mais estreita e próxima desse valor foi analisado. As

concentrações de extrato de moringa utilizadas foram 110, 130 e 140 mg/L.

O valor da turbidez final obtida e a porcentagem de remoção da turbidez em

função da concentração de Moringa oleifera estão apresentadas nas Figuras 14 e

15.

Figura 14 - Variação da turbidez final com a concentração de Moringa

Fonte: Próprio autor

0,52

0,35

0,16

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tur

bide

z fin

al (

NT

U)

Concentração (mg/L)

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Figura 15 - Variação da porcentagem de remoção de turbidez com a concentração de extrato de semente da moringa

Fonte: Próprio autor

A Figura 14 mostra que a concentração em que se obtém o menor valor de

turbidez para o extrato de semente da Moringa oleifera é a de 140 mg/L. Nessa

concentração do extrato, a porcentagem de remoção de turbidez foi igual a 98,35%

(Figura 15).

A Tabela 9 mostra os resultados obtidos, após o tratamento da água, das

análises de pH, SDT e dureza e os limites legais estabelecidos pela Portaria nº

2.914 do Ministério da Saúde, para os vários parâmetros de qualidade de água para

consumo humano.

Tabela 9 - Resultados obtidos de pH, dureza e SDT após tratamento da água e os limites

estabelecidos

Concentração de Moringa (mg/L) pH

SDT (mg/L)

Dureza

(mg/L CaCO3)

110 6,7 70 21,053±2,837

130 6,7 70 22,291±2,623

140 6,7 60 22,910±2,837

Limite 6 a 9,5 1.000 500

Fonte: Próprio autor

94,64

96,39

98,35

94

94,5

95

95,5

96

96,5

97

97,5

98

98,5

99

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Por

cent

agem

de

rem

oção

de

turb

idez

(%

)

Concentração (mg/L)

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Os valores encontrados na água tratada com o extrato da semente de

moringa estão dentro dos limites estabelecidos pela Portaria nº 2.914. Os

resultados mostraram um pequeno aumento nos parâmetros de SDT e dureza. Isso

pode ser explicado pelo fato de que após terminada a etapa de sedimentação era

possível visualizar pequenos flocos ainda em suspensão.

Os resultados encontrados corroboram com os estudos realizados por

Ribeiro (2010). Estudos esses que foram realizados com a água proveniente do Rio

Bengo, na cidade de Luanda.

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6. CONCLUSÃO

A aplicação do extrato ativo da semente de Moringa oleifera mostrou ser um

coagulante eficiente na redução da turbidez da água tratada para consumo

humano.

Em relação ao comportamento do extrato da semente de moringa no

tratamento das águas do Rio Paraíba do Sul, não foi necessário a correção de pH

com agentes alcalinizantes, quando o pH foi levemente ácido a neutro.

Com uma concentração um pouco inferior a 90 mg/L do extrato ativo da

semente de moringa, o valor da turbidez da água foi inferior ao limite estabelecido

pela Portaria nº 2.914 do Ministério da Saúde, bem como, os parâmetros SDT e

dureza que com a concentração de 140 mg/L, o extrato apresentou porcentagem

de remoção superior a 98%.

Se for levado em consideração os resultados preliminares obtidos e os riscos

à saúde humana, acarretados pelo uso do sulfato de alumínio no tratamento da

água de consumo, o extrato da semente de moringa mostrou ser um potencial

substituto ao coagulante, sulfato de alumínio, mais utilizado nas estações de

tratamento de água para consumo do Brasil. Porém, ainda carece de novos estudos

para se chegar a resultados conclusivos.

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7. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Executar o tratamento com o extrato da Moringa oleifera e avaliar os demais

parâmetros de qualidade da água estabelecidos pela Portaria nº 2.914 do

Ministério da Saúde;

Estudar como outras variáveis operacionais, como o tempo de decantação,

etapa de filtração após a coagulação, floculação e sedimentação poderão

beneficiar o processo de tratamento;

Avaliar economicamente a produção do extrato da semente de moringa e

Realizar análises físico-químicas e biológicas do lodo gerado no tratamento.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AZEVEDO NETO J.M.; PARLATORE A.C.; ROSSIN A.C.; MANFRINI C.; HESPANHOL I.; CAMPOS J.R.; POVINELLI J; YAGUINURA S. (1987). Técnica de abastecimento e tratamento de água. São Paulo. CETESB/ ASCETESB, P. 41 – 45; 61; 121 – 130. BABU, R.; CHAUDHURI, M. Home water treatment by direct filtration with natural coagulant. Journal of Water and Health, v.3, n.1, 2005. BATTISTI, M. V.; FILHO, S. P. C. Obtenção e caracerização de α-quitina e quitosanas de cacas de Macrobrachium rosembergii. Química Nova, v. 31, n. 8, p. 2014 – 2019, 2008. CARDOSO, K. C; BERGAMASCO, R; COSSICH, E. S.; MORAES, L. C. K. Otimização dos tempos de mistura e decantação no processo de coagulação/floculação da água bruta por meio da Moringa oleifera Lam. Acta Sci. Tech., v. 30, n. 2, p. 193-198, 2008. CBH-PS. Comitê das bacias hidrográficas do Rio Paraíba do Sul. Disponível em: http://www.comiteps.sp.gov.br/quem-somos. Acesso em: 17 set. 2014. DI BERNARDO, L., DI BERNARDO, A. e CENTURIONE FILHO, P.L., Ensaios de tratabilidade de água e dos resíduos gerados em estações de tratamento de água. Rima, São Carlos (2005). DI BERNARDO, L.; DI BERNARDO, A.; CENTURIONE FILHO, P.L.; Ensaios de tratabilidade de água e dos resíduos gerados em estações de tratamento de água. São Carlos-SP: RIMA, 2002. DI BERNARDO, L. Métodos e Técnicas de Tratamento de Água. Volume I. ABES, Rio de Janeiro, 1993. FONSECA, C. R. Uso combinado de processos de separação visando destoxificação de hidrolisado hemicelulósico. 2012. 149 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2011. GERDES, G. Como limpar e tratar água suja com sementes de moringa. Fortaleza: ESPLAR – Centro de Pesquisa e Assessoria, 1997. 23p.

Page 46: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2015/MIQ... · 2016-05-03 · Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena,

45

GHEBREMICHAEL, K. A.; GUNARATNA, K. R.; HENRIKSSON, H.; BRUMER, H.; DALHAMMAR, G. A simple purificationand activity assay of the coagulant protein from Moringa oleifera seed. Water Research, n. 39, p. 2338-2344, 2005. HEREDIA, J. B.; MARTÍN, J. S.; MUÑOZ, M. C. G. New coagulants from tannin extracts: Preliminary optimisation studies. Chemical Engineering Journal, v. 162, p. 1019 - 1025, 2010. GHEBREMICHAEL, K. A. Moringa seed and pumice as alternative natural materials for drinking water treatment. KTH Land and Water Resources Engineering, 2004. KATAYON, S.; NOOR, M. J. M. M.; ASMA, M.; GHANI, L. A. A.; THAMER, A. M.; AZNI, I.; AHMAD, J.; KHOR, B. C.; SULEYMAN, A. M. Effects of storage conditions of Moringa oleifera seeds on its performance in coagulation. Bioresource Technology, v. 97, p. 1455- 1460, 2005.

LIBÂNIO, MARCELO; Fundamentos de qualidade e tratamento de água. 2° Edição. Campinas – SP: Átomo, 2008. LILLIEHOOK, H. Use of Sand Filtration of River Water Floculated with Moringa oleifera. Master’s Thesis, 27p. Department of Civil and Environmental Engineering, Division of Sanitary Engineering. Lulea University of Technology, Lulea, 2005. MADRONA, G. S.; SERPELLONI, G. B.; VIEIRA, A. M. S.; NISHI, L.; CARDOSO, K. C.; BERGAMASCO, R. Study of the effect of saline solution on the extraction of the Moringa oleifera seed’s active component for water treatment. Water Air Soil Pollut, v. 211, p. 409-415, 2010. MAGACHO, A. L. F. Avaliação de técnicas de separação combinadas para a purificação de xilose visando a obtenção de bioprodutos. 2009. 167 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2009. MINISTÉRIO PÚBLICO DE SANTA CATARINA. Manual Técnico para Coleta de Amostras de Água. Florianópolis-SP, 2009. Disponível em: <http://portal.mp.sc.gov.br/portal/conteudo/cao/cme/atividades/recursos_hidricos/manual_coleta_%C3%A1gua.pdf>. Acessado em: 25/04/15.

Page 47: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2015/MIQ... · 2016-05-03 · Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena,

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MINISTÉRIO DA SAÚDE (2011). PORTARIA N° 2.914 DE 12/12/2011: Estabelece os limites máximos permitidos para dezenas de parâmetros que precisam ser respeitados em toda água para consumo humano distribuída no território nacional. Brasília. MORTON, J. F. The horsedish tree. Moringa pterygosperma (moringaceae): a boom to arid lands? Economic Botany, Ypsilanti, v.45.n.3.p.318 – 333, July/Sept. 1991. NDABIGENGERESE, A.; NARASIAH, K. S. Quality of water treated by coagulation using Moringa oleifera seeds. Water Research, v. 32, p. 781-791, 1998.

OKUDA, T., BAES, A, NISHIJIMA , W. et al (1999). Improvement of extraction method of coagulation active components from Moringa oleifera seed. Water Research, Vol. 33, N.º 15, pp. 3373-3378. OKUDA, T.; BAES, A. U.; NISHIJIMA, W.; OKADA, M. Isolation and characterization of coagulant extracted from Moringa oleifera seed by salt solution. Water Research, v. 35, p. 405-410, 2001. PAVANELLI, G. Eficiência de diferentes tipos de coagulantes na coagulação, floculação e sedimentação de água com cor ou turbidez elevada. 2001. 233 f. Dissertação (Mestrado em Hidráulica e Saneamento) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos - SP, 2001. PELEGRINO, E. C. F. Emprego de coagulante à base de tanino em sistema de pós-tratamento de efluente de reator UASB por flotação. 160 p. 2011. Dissertação (Mestrado em Hidráulica e Saneamento). Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, 2011. PLANO MUNICIPAL INTEGRADO DE SANEAMENTO BÁSICO (2010). Disponível em: http://www.saneamento.sp.gov.br/PMS/UGRHI02/PMS_APARECIDA.pdf. Acesso em: 11 set. 2014. PRICE, M. L. The moringa tree. Myers, FL: ECHO, 2000. 12 p. ECHO technical note. RIBEIRO, A.T.A. (2010). Aplicação da Moringa oleifera no tratamento de água para consumo humano. Dissertação, Faculdade de Engenharia Universidade do Porto.

Page 48: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA …sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2015/MIQ... · 2016-05-03 · Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena,

47

SANTOS, E. P. C. C. dos; TEIXEIRA, A. R.; ALMEIDA, C. P.; LIBÂNIO, M.; PÁDUA, V. L. de. Estudo da coagulação aplicada à filtração direta ascendente. Engenharia Sanitária e Ambiental, v. 12, p. 361-370, 2007. SANTOS, H. R. Coagulação/precipitação de efluentes de reator anaeróbio de leito expandido e de sistema de lodo ativado precedido de reator UASB, com remoção de partículas por sedimentação ou flotação. 2006. 330 f. Tese (Doutorado em Hidráulica e Saneamento). Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, 2006. SOUSA, de B. E. Avaliação química e estrutural da semente de moringa. Revista Ciência Agronômica, v.37, n.1, p.106-109, 2006. Centro de Ciências Agrárias - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, CE. STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATION OF WATER AND WASTEWATER, 20th edition. American Public Health Association, Washington DC, 2005. VIEIRA, A. M.; VIEIRA, S.; VIEIRA, M. F.; SILVA, G. F.; ARAÚJO, A. A.; FAGUNDES-KLEN, M. R.; VEIT, M. T.; BERGAMASCO, R. Use of Moringa Oleifera seed as a natural adsorbent for wastewater treatment. Water Air Soil Pollut, v. 206, p. 273-281, 2010.

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ANEXO