Cinética da floculação: um estudo comparativo no uso do cloreto de polialumínio com alta e baixa basicidade e o sulfato de alumínio / Flocculation kinetics: a comparative study on the use of polyaluminium chloride with high and low basicity and alum

RESUMO O sulfato de alumínio (SA) é amplamente utilizado como coagulante no tratamento de água de abastecimento via ciclo completo. Coagulantes alternativos estão disponíveis no mercado, dentre eles o cloreto de polialumínio (PAC). Porém, estudos comparativos entre o SA e os PACs de alta (PAC-AB) e baixa (PAC-BB) basicidade em relação à cinética de floculação ainda são escassos. Nesse sentido, o intuito deste trabalho foi comparar o uso de PAC-BB, PAC-AB e SA via coagulação, floculação e sedimentação, bem como avaliar o efeito na condutividade elétrica, na formação de lodo, na alcalinidade, no pH e na remoção de turbidez baseado na cinética de floculação e morfologia do floco formado. Os resultados indicaram aumento de 8,1% na condutividade elétrica e de 30,6 mg.L-1 na formação de lodo; não houve diferença significativa entre os coagulantes. O PAC-AB apresentou menor consumo de alcalinidade e, consequentemente, menor redução no pH. A remoção de turbidez foi estatisticamente igual entre o PAC-BB (91,8 ± 3,7%) e o PAC-AB (91,5 ± 1,1%), porém maior que no SA (82,2 ± 6,4%). Essa diferença se acentua com o aumento da velocidade crítica de sedimentação. A constante de agregação dos flocos (K A ) apresenta resultados estatisticamente iguais entre os coagulantes, e o melhor desempenho de remoção de turbidez dos PACs em relação ao SA se deve à menor constante de ruptura do floco (K B ), podendo-se inferir, portanto, que os flocos formados com o PAC-AB e o PAC-BB são mais fortes que os formados com o SA.

ABSTRACT Aluminum sulfate (AS) is widely used as a coagulant in conventional drinking water treatment facilities. Alternative coagulants are commercially available, including polyaluminium chloride (PAC). However, comparative studies between AS and PAC with high (PAC-AB) and low (PAC-BB) basicity regarding flocculation kinetics are still scarce. In this sense, the aim of this work is to compare the use of PAC-BB, PAC-AB, and AS via coagulation, flocculation, and sedimentation as well as to evaluate the effect on electrical conductivity, sludge formation, alkalinity, pH, and turbidity removal based on flocculation kinetic and floc morphology. The results indicated that the increase in electrical conductivity was 8.1% and the sludge formation was 30.6 mg.L-1, and that there was no significant difference between coagulants. PAC-AB presented the lowest alkalinity consumption and, consequently, the lowest pH reduction. Turbidity removal was statistically equal between PAC-BB (91.8 ± 3.7%) and PAC-AB (91.5 ± 1.1%), but higher than in AS (82.2 ± 6.4%). This difference is accentuated with the increase in critical settling velocity. The floc aggregation constant (K A ) is statistically equal among the coagulants, and the better turbidity removal performance of the PACs in relation to the AS is due to the lower floc breaking constant (K B ) and may, therefore, infer that the flocs formed with PAC-AB and PAC-BB are stronger than those formed with SA.

Estudo da coagulação/floculação de água com turbidez moderada na sedimentação e flotação por ar dissolvido / Study of coagulation/flocculation of water with moderate turbidity in sedimentation and floating by dissolved air

RESUMO Os processos de formação, crescimento, ruptura e rearranjo dos flocos que ocorrem durante a coagulação/floculação influenciam, significativamente, a eficiência da remoção dos agregados no tratamento de água. Por isso, é importante estudar as propriedades dos flocos, que são alteradas continuamente durante a floculação e podem interferir na subsequente remoção das partículas. Neste trabalho foi avaliada a eficiência de remoção de turbidez por meio da sedimentação e da flotação por ar dissolvido (FAD), com o uso de aluminato de sódio como agente coagulante. Adicionalmente, a etapa de floculação foi monitorada usando imagens obtidas por método não intrusivo. A FAD proporcionou melhor resultado de remoção de turbidez, de 93%, mostrando robustez como etapa no processo de tratamento de água. Na etapa de floculação, o tamanho dos flocos variou de 0,03 a 0,53 mm, com maior concentração de partículas nas menores classes de tamanho monitoradas. O estudo da dimensão fractal mostrou que o aumento da intensidade da mistura acentuou a ruptura (Dmédio de 0,2 mm para 20 s-1 para Dmédio de 0,1 mm para 40 s-1) nos flocos, promovendo o surgimento de flocos menos compactos. A FAD se mostrou menos sensível às variações de tamanho dos agregados quando comparada à sedimentação.

ABSTRACT The processes of formation, growth, rupture, and rearrangement of flocs, which occur during coagulation/flocculation, significantly influence the removal efficiency of the aggregates in water treatment. Therefore, it is important to study the flocs properties because they change continuously during the process and may interfere in the choice of later step for removal of the particles. This article evaluated the efficiency of turbidity removal in sedimentation and dissolved air flotation (DAF) with the use of sodium aluminate as a coagulant. In addition, the flocculation step was monitored through digital images, by non-intrusive method, to study the morphological properties of flocs. The DAF step provided better removal results (greater than 93%) in less process time, showing to be an advantageous step in turbid water treatment. In the flocculation step, the size of the flocs varied from 0.03 to 0.53 mm, with a higher particle concentration in the smaller size classes. The study of the fractal dimension showed that the increase in the intensity of the mixture accentuated the rupture (Dmean of 0.2 mm for 20s for Dmean of 0.1 mm for 40s-1) in the flocs, promoting the appearance of less compact flocs. DAF was less sensitive to variations in aggregate size when compared to sedimentation.

Emprego do monitoramento contínuo da floculação no controle de parâmetros de tratabilidade de água / Use of continuous flocculation monitoring in the control of water treatability parameters

RESUMO Neste artigo, empregou-se um equipamento de monitoramento contínuo da floculação (EMCF) para melhor compreensão da coagulação e da floculação no tratamento de águas sintéticas sob diferentes mecanismos de coagulação, em escala de bancada. A água de estudo utilizada nos ensaios foi preparada em laboratório com a adição de uma solução de caulinita em água. Como agente coagulante foi utilizado sulfato de alumínio (SA) líquido, isento de ferro. A resposta do sinal com o tempo mostra três regiões distintas: uma região de crescimento, uma região de patamar e uma região de decaimento. Ao longo do presente trabalho, constatou-se que o índice de floculação (IF) se mostrou adequado para otimizar a floculação tanto pela seleção do pH quanto pela dosagem do coagulante. O pH e as dosagens ótimas, obtidos por meio do ensaio de jarros, estiveram relacionados às maiores variações de IF. O IF médio ( IF ) mostrou-se adequado para antecipar a dosagem ótima a partir de 3 minutos de floculação, e a inclinação da reta de melhor ajuste mostrou-se adequada para estimar a cinética da floculação.

ABSTRACT In this article, a continuous flocculation-monitoring equipment (CFME) was employed to better understand coagulation and flocculation in the treatment of synthetic water under different coagulation mechanisms, on a bench scale. The study water used in the tests was prepared in the laboratory with the addition of a solution of kaolinite in water. Liquid aluminum sulfate, free from iron, was used as a coagulant agent. The flocculation index (FI) measured over time was able to identify the regions of floc growth, plateau and decay. FI was found to be an adequate parameter for optimizing flocculation pH and coagulant dosage. Optimum pH and dosage, obtained in jar tests, were related to the largest variations in FI. The mean FI was found to be adequate for predicting optimum coagulant dosage in the first three minutes after flocculation, whereas the slope of the best-fit FI line was found to be suited for predicting flocculation kinetics.

Avaliação da sensibilidade da função de distribuição de tamanho de partícula durante a floculação / Sensitivity analysis of particle size distribution function during flocculation

RESUMO Neste artigo, buscou-se avaliar a sensibilidade da função contínua de distribuição de tamanho de partículas (DTP) diante da modificação decorrente da floculação. Para tal, foram investigadas seis configurações discretas, subdivididas em 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10 e 15 classes de tamanho. As configurações investigadas diferem na frequência de partículas presentes por faixa de tamanho e no comportamento, sendo este monotônico ou unimodal. O ajuste da função contínua na forma linearizada aos dados discretos foi avaliado por meio do coeficiente de determinação (R2). O coeficiente de potência da função (β) e o centro de massa (C.M) da distribuição foram tomados como representativos da DTP para a análise de sensibilidade, realizada por meio do estudo da correlação múltipla entre as variáveis. Experimentos em escala de bancada foram conduzidos visando a avaliar a simulação. Os resultados demonstraram que os parâmetros β e C.M foram sensíveis às variações da DTP, todavia os ajustes das funções para distribuições unimodais carecem de aprimoramento.

ABSTRACT In this paper, the sensitivity of the continuous particle size distribution function (PSD) was evaluated, as flocculation occurs. To this end, six discrete configurations were investigated, subdivided into 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10 and 15 classes. The distribution studied here differ in the particles presented by size range and behavior, whether monotonic or unimodal. The adjustment of the continuous function in linearized form to the discrete data was evaluated by means of R2. The power law coefficient (β) and the center of mass (C.M) were taken as representative of PSD during the sensitivity analysis, which was carried out by means of multiple correlation between the variables. Batch essays were performed in order to evaluate simulations. Results showed that β and C.M were both sensitive to PSD variations; however, the function adjustments for unimodal distributions need improvement.

Eficiencia del quitosano como coagulante en el postratamiento de efluentes de una planta de sacrificio de cerdos / Efficiency of chitosan as a coagulant in the after-treatment of effluents from a pig slaughter plant / Eficiência da quitosana como coagulante no pós-tratamento de efluentes de uma instalação de abate de porcos

Resumen Los efluentes provenientes del sacrificio de cerdos son una fuente de contaminación debido a las altas concentraciones de materia orgánica, nitrógeno, fósforo, grasas, sólidos totales y coliformes fecales. En esta investigación se evaluó la efectividad del quitosano como coagulante en el postratamiento de efluentes porcícolas provenientes de un reactor discontinuo secuencial, con el fin de remover las fracciones no biodegradables remanentes del proceso biológico. El tratamiento terciario consistió en la coagulación, floculación y sedimentación. Se caracterizó el efluente tratado biológicamente mediante los siguientes parámetros: pH, DQO, turbidez, color, sólidos totales (ST), nitrógeno total Kjeldahl (NTK), nitrito, nitrato, fosforo total (PT) y alcalinidad total (AT). El tratamiento fisicoquímico se llevó a cabo mediante el uso de la prueba de Jarra a través de corridas exploratorias con dosis entre 50 y 800 mg/L de quitosano disuelto en ácido acético. Se comparó la efectividad del quitosano (700 mg/l) con sulfato de aluminio (430mg/l) y poliacrilamida (90 mg/l), los cuales son utilizados como coagulantes de uso convencional en el tratamiento de aguas residuales. El experimento se condujo mediante un diseño completamente al azar con un total de tres tratamientos (quitosano, sulfato de aluminio y poliacrilamida) y tres repeticiones cada uno. La dosis de quitosano (700 mg/l) permitió obtener porcentajes de reducción de turbidez de 83,1%, color de 64,7%, DQO de 84,6%, y 78,2% de NT para valores iniciales de 15,6 NTU, 26 UC Pt-Co, 865 mg DQO/L y 89 mg NT/L. Se encontraron diferencias significativas (P≤0,05) entre la dosis quitosano (700 mg/l) y los coagulantes convencionales (430 mg/l de sulfato de aluminio y 90 mg/l de poliacrilamida) en la reducción de NT, siendo el tratamiento con quitosano el coagulante con las mayores eficiencias de reducción. El tratamiento con quitosano con una dosis de 700 mg/l representó una opción viable para el tratamiento terciario de los efluentes proveniente del proceso de sacrificio de cerdos tratados biológicamente.

Abstract Effluents from pig slaughter are a source of contamination due to high concentrations of organic matter, nitrogen, phosphorus, fats, total solids and fecal coliforms. This research evaluated the effectiveness of chitosan as a coagulant in the post-treatment of wastewater from the slaughter of pigs, in order to remove the remaining recalcitrant fractions from the biological process in a sequential batch reactor. The tertiary treatment consisted of coagulation, flocculation and sedimentation. The effluent was characterized by the parameters: pH, COD, turbidity, color, total solids (ST), Kjeldahl total nitrogen (NTK), nitrite, nitrate, total phosphorus (PT) and total alkalinity (AT). The treatment was carried out by using the jar test through exploratory runs with doses between 50 and 800 mg/L of chitosan dissolved in acetic acid. The effectiveness of chitosan with conventional coagulants in the treatment of wastewater, such as aluminum sulphate and polyacrylamide, was compared. The experiment was conducted using a completely randomized design with a total of three treatments and three replicates each. The evaluated range of doses of chitosan allowed to obtain percentages of turbidity removal of 83,1%, color of 64,7%, COD of 84,6%, and 78,2% NT for initial values ​​of 15,6 NTU, 26 UC, 865 mg COD/L and 89 mg NT/L, using as optimal dose 700 mg chitosan /L. Significant differences (P≤0,05) were found between chitosan and conventional coagulants in NT removal, with chitosan being the coagulant with the highest removal efficiencies. The treatment with chitosan represents a viable option for the tertiary treatment of the effluents coming from the slaughter of pigs.

Resumo Efluentes de abate de suínos são uma fonte de contaminação devido às elevadas concentrações de matéria orgânica, azoto, fósforo, gordura, sólidos totais e coliformes fecais. Nesta pesquisa foi avaliada a eficácia de quitosana como um coagulante nos efluentes porcícolas de pós-tratamento, a fim de remover restantes fracções recalcitrantes de um processo biológico em um reactor de carregamento sequencial. O tratamento terciário consistiu em coagulação, floculação e sedimentação. O efluente tratado foi caracterizado biologicamente pelos parâmetros: pH, DQO, turbidez, cor, sólidos totais (ST), nitrogênio total Kjeldahl (NTK), nitrito, nitrato, fósforo total (PT) e alcalinidade total (AT). O tratamento foi realizado usando jarro teste é executado através exploratórios com doses entre 50 e 1250 mg / L de quitosano dissolvido em ácido acético. A eficácia do quitosano com sulfato de alumínio y poliacrilamida foi comparada. O experimento foi conduzido usando um desenho completamente aleatório com um total de três tratamentos e três repetições. A gama de dose de quitosana avaliada produziu percentagens de remoção de turvação de 83,1% cor 64,7% de CQO de 84,6%, e 78,2% de NT para os valores iniciais de 15,6 NTU, 26 UC Pt-Co, 865 mg CQO / L e 89 mg de NT / L, usando dose óptima de 700 mg de quitosana/L. Diferenças significativas (P≤0,05) entre quitosano e coagulantes convencionais na remoção de NT foram encontrados para ser um tratamento com o coagulante quitosano com as eficiências mais altas de remoção. O tratamento com quitosana representa uma opção viável para o tratamento terciário do efluente opção abate de porco.

Pré-tratamento físico-químico e enzimático para efluente de abatedouro / Physico-chemical and enzymatic pre-treatment for wastewater from slaughterhouse

RESUMO O efluente gerado em um abatedouro de aves, contendo gordura (quantificada pela análise de Óleos e Graxas - O&G) na concentração de 1.100 mg.L-1, foi submetido a dois pré-tratamentos para redução da concentração de material orgânico particulado: um tratamento físico-químico convencional (coagulação/floculação com cloreto férrico) ou um tratamento enzimático alternativo (hidrólise enzimática), aplicados isoladamente antes do processo biológico para remoção de material orgânico dissolvido. A hidrólise foi realizada com 0,5% (m/v) de um preparado enzimático sólido (PES - contendo oito unidades de atividade lipásica por grama) produzido pelo fungo Penicillium sp. por 8 h a 30ºC. Diferentes condições foram avaliadas na coagulação/floculação, sendo selecionada a que apresentou melhor remoção de demanda química de oxigênio (DQO) total para alimentação de biorreatores aeróbios e anaeróbios de bancada: pH = 5,0 e 400 mg de FeCl3.6H2O.L-1. Melhores resultados foram alcançados ao se utilizar o pré-tratamento físico-químico, com remoções médias de DQO de 91% nos tratamentos aeróbio e anaeróbio.

ABSTRACT The effluent generated in a poultry slaughterhouse, containing fat (quantified by oil and grease - O&G analysis) at a concentration of 1,100 mg.L-1, was subjected to two pre-treatments to reduce the particulate organic matter concentration: a conventional physicochemical treatment (coagulation/flocculation with ferric chloride) or an alternative enzymatic treatment (enzymatic hydrolysis), applied alone prior to the biological process for removing dissolved organic material. Hydrolysis was performed with 0.5% (m/v) of a solid enzymatic preparation (SEP - containing 8 lipase activity units per gram) produced by the fungus Penicillium sp. for 8 h at 30ºC. Different conditions were evaluated in the coagulation/flocculation, and the one with the best total COD removal for feeding bench top aerobic and anaerobic bioreactors was selected: pH = 5.0 and 400 mg FeCl3.6H2O.L-1. Better results were achieved when using the physicochemical pre-treatment with average COD removals of 91% in aerobic and anaerobic treatments.

Aperfeiçoamento de modelo de estimativa da eficiência de remoção de turbidez da água em floculadores tubulares helicoidais / Model improvement for estimating of water turbidity removal efficiency in helical tubular flocculators

RESUMO Estudos científicos têm demonstrado que os floculadores tubulares helicoidais (FTHs) têm alta eficiência na formação de flocos e baixo tempo de retenção hidráulica, quando comparados aos floculadores comumente usados em tratamento de água e esgoto. No entanto, sua aplicação prática é limitada, pois ainda existe demanda significativa por avanços na compreensão da relação entre a hidrodinâmica da unidade e o processo de floculação, bem como critérios e metodologias para auxiliar em projeto racionais de FTH. Nesse contexto, este estudo teve por objetivo propor um aperfeiçoamento no modelo de estimativa de eficiência de remoção de turbidez apresentado por Oliveira (2014), o qual leva em conta um conjunto de parâmetros geométricos, hidráulicos e hidrodinâmicos relevantes ao processo de floculação nesse tipo de reator, pela incorporação de um dos parâmetros mais representativos de processos de floculação, o gradiente de pressão normal (GPp), como uma de suas variáveis independentes. O desenvolvimento do trabalho empregou dinâmica dos fluidos computacional (CFD) no estudo de 84 configurações de FTH, contemplando regimes de escoamento laminar e turbulento. Como resultado, chegou-se a uma nova versão de modelo de estimativa da eficiência de remoção de turbidez da água que, em relação à versão original: tem menor número de variáveis independentes; apresenta melhor ajuste aos dados experimentais; e é mais simples do ponto de vista operacional.

ABSTRACT Scientific studies have been demonstrating that helical tubular flocculators (HTFs) have high efficiency in floc formation and low hydraulic retention time when compared to flocculators commonly used in water and wastewater treatment. However, its practical application is still limited because there is still a significant demand for advances in the understanding of the relationship between the hydrodynamics of the unit and the flocculation process, as well as for criteria and methodologies in support to the rational design of HTF. In this context, the objective of this study was to propose an improvement in the model of turbidity removal efficiency developed by Oliveira (2014), which takes into account a set of geometric, hydraulic and hydrodynamic parameters relevant to the flocculation process in this type of reactor, by incorporating one of the most representative parameters of flocculation processes, the normal pressure gradient, as one of its independent variables. The development of the work employs computational fluid dynamics (CFD) in the study of 84 HTFs configurations, considering laminar and turbulent flow regimes. As a result, a new model version for estimating water turbidity removal's efficiency in helical tubular flocculators was obtained, which, in relation to the original version, has a smaller number of independent variables, presents better fit to the experimental data and is simpler from the operational point of view.

Reciclagem de éter-aminas, utilizadas na flotação de minério de ferro, por meio da adsorção / Recycling of éther-amines, used in iron ore flotation, by adsorption

RESUMO O presente trabalho teve por objetivo verificar uma possível rota de reciclagem para as éter-aminas, utilizadas para aumentar a eficiência do processo de flotação catiônica reversa do minério de ferro. Estudou-se um método de separação físico-química utilizando TANFLOC como floculante. As águas de rejeito contêm, em sua maior parte, amina e sílica, e o objetivo desse método era separar a sílica do rejeito. A separação físico-química, porém, não foi eficaz, visto que o processo não foi capaz de flocular somente a sílica, floculando também parte da éter-amina. Foi avaliado também o processo de adsorção e, para tanto, utilizaram-se como materiais adsorventes a serragem Angelim e bagaço de cana-de-açúcar, ambos in natura. Esses materiais foram capazes de remover aproximadamente 95 e 90% de éter-amina, com capacidades adsortivas de 4,2 e 2,7 mg.g-1, respectivamente, utilizando massa de 1,5 g e estabelecendo tempo de equilíbrio de 30 minutos. Verificou-se que a eficiência de remoção é maior em pH próximo a 10. Pelos estudos termodinâmicos foi possível concluir, para a serragem, que o processo é termodinamicamente favorável e exotérmico. Para o bagaço de cana não foi possível analisar o comportamento termodinâmico. Além disso, o processo de dessorção permitiu recuperar em torno de 80% de éter-amina, além da possibilidade de regeneração e reutilização dos materiais adsorventes, o que mostra a viabilidade de reciclar a éter-amina pelo mecanismo de adsorção.

ABSTRACT The present work has the objective of investigating the possible recycling route for ether-amines, used for improving the efficiency of the process of iron ore's reverse flotation. A physical-chemical separation method has been studied using TANFLOC as flocculant. The wastewater contains, mainly, amine and silica, and the objective of this method was to separate the silica from the waste by flocculation. However, this method was not effective, as flocculation was not able to flocculate only silica, but also part of the ether-amine. Furthermore, the process of adsorption was assessed, and for this it was used as materials adsorbents Angelim's sawdust and sugar cane bagasse, both in natura, with which it was possible to remove approximately 95 and 90% of ether-amines, with adsorptive capacity of 4,2 and 2,7 mg.g-1, respectively, by using a mass of 1.5 g and a settling time of 30 minutes. It was verified that the removal efficiency is greater at a pH around 10. Thermodynamic studies were carried out and they were able to state, for sawdust, that this process is thermodynamically favorable and exothermic. In the case of sugar cane bagasse, it was not possible to analyze its thermodynamic behavior. In addition, the use of desorption revealed the possibility of regaining around 80% of the ether-amines. This proved that it is possible to recycle ether-amines by the adsorption mechanism.

Evaluación de la Cassia fistula como coagulante natural en el tratamiento primario de aguas residuales / Assessment of natural coagulant Cassia fistula in the primary treatment of wastewater / Avaliação da fístula Cassia como coagulante natural no tratamento primário das águas residuais

Resumen Diferentes compuestos naturales extraídos de plantas se han usado para el tratamiento de aguas residuales por muchos siglos. Estos en su gran mayoría derivan de semillas, hojas, cortezas o savia, raíces y frutos de árboles y plantas. En este trabajo se evaluó la utilización del polvo de la semilla de la Cassia fístula como coagulante natural en el tratamiento primario de aguas residuales domésticas, estableciendo su dosis óptima mediante la prueba de jarras y determinando los parámetros fisicoquímicos de DBO5, DQO, conductividad, color, turbidez, alcalinidad total, y dureza total. Se utilizó como muestra de estudio agua residual doméstica tomada de una estación de bombeo de la ciudad de Cartagena de Indias (Colombia). Se encontró una dosis óptima del coagulante natural comprendida entre 15-25 mg/L, obteniendo valores finales de 30.25 NTU en la turbidez y 84 UC de color respectivamente. Los valores de pH y alcalinidad total no presentaron mayores variaciones. Los valores de los parámetros turbidez y color, al igual que el pH, alcalinidad total y dureza total se corresponden con los reportados por diferentes autores para este tipo de agua, lo cual demuestra que la C. fistula es un coagulante natural, prometedor y eficaz para la sustitución de coagulantes inorgánicos en el proceso de coagulación de aguas residuales.

Abstract Different natural compounds extracted from plants have been used for the treatment of wastewater for many centuries. These mostly derived from seeds, leaves, bark or sap, roots and fruits of trees and plants. In this paper the use of seed powder Cassia fistula as a natural coagulant was studied. Establishing optimum dose by jar testing and determining the parameters of DBO5, DQO, conductivity, color, turbidity, total alkalinity and total hardness; using wastewater pumping station of the city of Cartagena de Indias (Colombia). Natural optimal coagulant dose between 15-25 mg/L is found. Obtaining final values of 30.25 NTU turbidity and 84 color UC´s respectively. The values of pH and total alkalinity no major variations. The values of the turbidity and color parameters like pH, total alkalinity and total hardness corresponding with those reported by different authors, which shows that C. fistula is a natural, promising and effective coagulant for the substitution of inorganic coagulants in the process of coagulation of wastewater.

Resumo Diferentes compostos naturais extraídos de plantas foram utilizados para o tratamento de águas residuais durante muitos séculos. Estes em sua grande maioria derivam de sementes, folhas, cascas ou seiva, raízes e frutos de árvores e plantas. Neste documento, a utilização de pó de sementes de Cassia fístula como um coagulante natural no tratamento primário de águas residuais domésticas foi avaliada estabelecendo a dose óptima mediante o teste de frasco determinando os parâmetros físico-químicos de CBO5, DQO, condutividade, cor, turbidez, alcalinidade total e dureza total. Foi utilizada como amostra de estudo água residual doméstica retirada de uma estação de bombeamento na cidade de Cartagena de Índias (Colômbia. Foi encontrada uma dose ótima do coagulante natural compreendido entre 15-25 mg / L, obtendo valores finais de 30,25 NTU na turbidez e 84 UC de cor, respectivamente. O pH e a alcalinidade total não mostraram maiores variações. Os valores da turbidez e a cor, como o pH, alcalinidade total e dureza total de parâmetros correspondem aos relatados por outros autores para a água, o que mostra que a C. fístula é um coagulante natural, promissora e eficiente para a substituição de coagulantes inorgânicos no processo de floculação de águas residuais.

Floculação: considerações a partir da análise clássica e da avaliação direta da distribuição de tamanho de partículas / Flocculation: considerations from the classical analysis and from direct evaluation of particle size distribution

RESUMO: Este artigo apresenta algumas considerações sobre a floculação a partir da análise clássica e da avaliação direta da distribuição de tamanho de partículas. Para tal, foram realizados experimentos em escala de bancada. Os resultados foram avaliados à luz da abordagem clássica, dada pelo adimensional número de Camp (GT) e pela cinética de agregação e ruptura, e da distribuição de tamanhos de partículas. Verificou-se que o emprego isolado do produto GT não é adequado para representar as variações de desempenho na floculação e que o modelo clássico de agregação e ruptura pode ser influenciado pela medida indireta de turbidez, bem como pelo uso da sedimentação como etapa intermediária. Por outro lado, a avaliação direta de desempenho por meio da distribuição de tamanhos de partículas, representada pela função contínua linearizada, pode constituir ferramenta promissora na avaliação dedicada da floculação.

ABSTRACT: This article presents some considerations on the flocculation from the classical analysis and direct evaluation of the particle size distribution. For this purpose, essays in bench scale were performed. The results were evaluated in the light of classical approach, given by the dimensionless number Camp (GT) and the kinetics of aggregation and breakage, as well as particle size distribution. It has been found that the use of GT isolated product is not suitable to represent the variations in flocculation performance and the classical model of aggregation and break-up can be biased by an indirect measurement of turbidity and sedimentation as an intermediate step. On the other hand, the direct evaluation of performance by particle size distribution, represented by linear continuous function, can be a promising tool for the evaluation of flocculation.

Influência do tamanho de flocos e da concentração de ar dissolvido na eficiência da flotação / Influence of flocs size and dissolved air concentration on the efficiency of flotation

RESUMOO presente artigo apresenta resultados de pesquisa que teve por objetivo a investigação da influência do tamanho de partículas floculadas na eficiência da clarificação de águas para abastecimento por flotação por ar dissolvido (FAD) com o emprego de método e equipamento para a aquisição e análise de imagens especialmente desenvolvidos para a caracterização da distribuição de tamanho de flocos e microbolhas de ar presentes no processo de flotação. Os ensaios foram realizados com água sintética (temperatura de 26,0±0,5oC; turbidez de 7,5±0,2 NTU; cor aparente de 38±1 uC; alcalinidade de 29,8±0,6 mgCaCO3.L-1; condutividade de 59,3±0,8 µS.cm-1; UV254nm de 0,128±0,004cm-1), a qual foi coagulada com a aplicação de 1,9 mg.L-1 de Al3+ (pH de 6,6±0,05; 22,5 mg.L-1alum). Os resultados alcançados demonstraram que: i) a distribuição de tamanho de partículas floculadas influenciou diretamente a clarificação por flotação da água em estudo, sendo que as melhores condições de floculação foram aquelas que conduziram à formação, em sua maioria, de partículas floculadas com diâmetro médio de Feret acima de 300 µm; ii) os menores valores residuais dos parâmetros analisados na água em estudo foram alcançados com o emprego da Condição 2 de floculação (T=17 min/G=60 s-1) associada a uma concentração em massa de ar (Cb) de 4,8 mg.L-1, entretanto, a FAD foi capaz de operar também com boa eficiência com a utilização de tempo de floculação (T) de 10 minutos; iii) o método e o equipamento desenvolvidos nesta pesquisa para aquisição e análise de imagens demonstraram constituir importantes ferramentas para a obtenção das distribuições de tamanho de flocos e microbolhas de ar.

ABSTRACTThis paper shows the results of a research that aimed to investigate the influence of flocculated particles size on the dissolved air flotation (DAF) efficiency. Special image acquisition method and equipment were developed to characterize the flocculated particles and air microbubbles size distribution in the contact zone outlet of the DAF unit. The trials were carried out with synthetic water (temperature of 26.0±0.5oC; turbidity of 7.5±0.2 NTU; apparent color of 38±1 uC; alkalinity of 29.8±0.6 mgCaCO3.L-1; conductivity of 59.3±0.8 µS.cm-1; UV254nm of 0.128±0.004 cm-1), that it was coagulated by applying 1.9 mg.L-1 of Al3+ (pH 6.6±0.05; 22.5 mg.L-1alum). The results showed that: i) the flocculation conditions interfered directly on the efficiency of DAF process, and the best flocculation conditions were those that conducted to formation of flocculated particles size with Feret mean diameter above 300 µm; ii) the best results were obtained applying Condition 2 of flocculation (T=17 min/G=60 s-1) combined to air mass concentration of 4.8 mg.­L-1, however, DAF was also capable of operating with a satisfactory efficiency when applying flocculation time of 10 minutes; iii) the special image acquisition method and equipment developed proved to be an important tool to characterize the flocculated particles and air microbubbles size distribution.

Processamento do milho para vacas leiteiras em pastejo / Processing of corn for grazing dairy cows

Doze vacas lactantes Holandês-Gir (1/2), em sistema de pasto rotativo de Panicum maximum cv. Mombaça, foram suplementadas com concentrados contendo milho seco finamente moído (MM), milho expandido (ME), milho floculado a vapor (MF) ou milho moído reidratado e ensilado (MU). O delineamento experimental adotado foi o de quadrado latino 4 x 4, com três repetições. O consumo de pasto foi maior quando as vacas foram suplementadas com MF, o que se refletiu em maior consumo de MS, PB, FDN para o mesmo tratamento. A digestibilidade aparente da MS foi maior para as dietas de MF e MM. A digestibilidade aparente da FDN foi menor para MU. A produção e composição do leite das vacas não diferiram entre os tratamentos, entretanto a eficiência alimentar foi menor para MF...

Twelve lactating Holstein-Gyr (1/2) cows in a rotational grazing system with Panicum maximum cv. Mombasa were supplemented with different concentrates containing finely ground dried corn (MM), expanded corn (ME), steam flaked corn (MF) or silage of re-hydrated ground corn (MU). The experiment was arranged in a 4 x 4 Latin square design with three replications. Pasture intake was higher when cows were supplemented with MF, which resulted in higher DM, CP, and NDF. The apparent digestibility of DM was higher for MF and MM diets. The NDF apparent digestibility was lower for MU. Milk yield and composition did not differ between treatments; however, feed efficiency was lower for MF...

Estudo do reaproveitamento de meio no cultivo de Arthrospira (Spirulina) platensis / Study of reuse of Arthrospira (Spirulina) platensis cultivation medium

Arthrosphira (Spirulina) platensis apresenta substâncias de interesse nas indústrias alimentícia, farmacêutica e cosmética. A produção industrial envolve uma quantidade muito grande de água e sua viabilidade deve contemplar o reuso do meio, visando uma diminuição de custos com nutrientes, bem como da poluição ambiental, tornando-se assim um processo sustentável. O presente trabalho teve como objetivo principal a avaliação do reaproveitamento do meio no cultivo de A. platensis usando tratamentos físico-químicos de floculação e adsorção. Para tanto, tal cianobactéria foi cultivada em fotobiorreator (FBR) tubular em processos de batelada alimentada e contínuo em intensidade luminosa de 120 µmol fótons m-2 s-1, sob controle de pH. Foram desenvolvidas técnicas de tratamento de meio de cultivo proveniente de processo descontínuo alimentado de A. platensis para a remoção de matéria orgânica (MO) e pigmentos (60 - 96 %), permitindo assim seu reuso em novos cultivos. A. platensis foi cultivada nos meios tratados utilizando frascos Erlenmeyer, com avaliação de parâmetros como concentração celular máxima (Xm), conteúdo de clorofila-a (Chl) e conteúdo de proteína na biomassa seca (PTN). No processo simultâneo de floculação e adsorção com carvão ativado em pó (CAP), foram testados dois agentes floculantes, cloreto férrico (F) e sulfato férrico (S) bem como diferentes tempos de contato. No processo simultâneo de floculação com F e adsorção com CAP, as condições ótimas foram: CAP = 24,4 mg L-1 e F = 20,3 mg L-1durante 30,4 min de tempo de contato; com obtenção de: Xm = 4893 ± 33 mg L-1, Chl = 24,3 ± 0,1 mg g-1, PTN = 36,1 ± 0,6 %. As condições ótimas de tratamento simultâneo de floculação com S e adsorção com CAP foram: CAP = 40,0 mg L-1 e S = 32,8 mg L-1 durante 36,1 min de tempo de contato, com obtenção de: Xm = 4863 ± 64 mg L-1, Chl = 24,5 ± 0,6 mg g-1, PTN = 60,1 ± 0,6 %. No processo sequencial de floculação com F seguido de adsorção com carvão ativado granulado (CAG), as condições ótimas foram atingidas com: CAG = 108,4 g e F = 10,0 mg L-1 durante 30,8 min de tempo de residência; obtendo-se: Xm = 3140 ± 77 mg L-1, Chl = 35,4 ± 0,2 mg g-1, PTN = 44,9 ± 0,0 %. Adicionalmente, os meios tratados nessas condições ótimas de cada tratamento, também foram testados em FBR tubulares, atingindo valores de Xm, Chl e PTN maiores do que os obtidos com meio padrão. Além disso, o processo simultâneo de cultivo celular em FBR tubulares e adsorção contínua do meio de cultivo exaurido em coluna de CAG removeu 51 - 79 % de MO e pigmentos. Foi demonstrado que uma proporção de 75 % de meio tratado no meio de alimentação não produz diminuição significativa de produtividade celular (PX) e os resultados foram: concentração celular em estado estacionário (Xs) de 1568 ± 15 mg L-1, PX = 941 mg L-1 d-1, PTN = 42,0 ± 0,6 %, com diminuição de 65 % no custo de meio de cultivo. Por fim, conclui-se que é viável a utilização de processos físico-químicos no tratamento de meio a ser reaproveitado no cultivo de A. platensis, inclusive em FBR tubulares, com apreciável incremento de clorofila-a e proteínas na biomassa obtida em meio tratado

Arthrospira (Spirulina) platensis have compounds of interest in the food, pharmaceutical and cosmetic industries. Industrial production involves high volumes of water and its viability should contemplate medium reuse, aiming to reduce not only nutrient costs, but also environmental pollution, thus becoming a sustainable process. This work had as main objective the evaluation of A. platensis culture medium reuse through the physicochemical treatments flocculation and adsorption. Thus, this cyanobacterium was cultivated in tubular photobioreactor (PBR) by fed-batch and continuous processes at light intensity 120 µmol photons m-2 s-1 under pH control. Treatment techniques were developed for culture medium from fed-batch process to properly removal of organic matter (OM) and pigments (60 - 96 %), thus allowing its reuse in new cultures. A. platensis was cultivated in treated medium using Erlenmeyer flasks, with the evaluation of parameters such as maximum cell concentration (Xm), chlorophyll content (Chl) and protein content in dry biomass (PTN). For simultaneous flocculation and adsorption with powdered activated carbon (PAC), two flocculants were used: ferric chloride (F) and ferric sulfate (S), as well as different contact times. In the simultaneous process of F flocculation and PAC adsorption, optimum conditions were: PAC = 24.4 mg L-1 and F = 20.3 mg L-1 for 30.4 min contact time; results were: Xm = 4893 ± 33 mg L-1, Chl = 24.3 ± 0.1 mg g-1, PTN = 36.1 ± 0.6 %. Optimal conditions in the simultaneous process of S flocculation and PAC adsorption were: PAC = 40.0 mg L-1 and S = 32.8 mg L-1 for 36.1 min contact time; results were: Xm = 4863 ± 64 mg L-1, Chl = 24.5 ± 0.6 mg g-1, PTN = 60.1 ± 0.6 %. In the sequential process of F flocculation followed by adsorption with granular activated carbon (GAC), optimal conditions were reached at GAC = 108.4 g and F = 10.0 mg L-1 for 30.8 min of residence time, at which Xm = 3140 ± 77 mg L-1, Chl = 35.4 ± 0.2 mg g-1 and PTNPTN = 44.9 ± 0.0 % were obtained. Moreover, medium treated at each optimal condition were also tested in tubular PBRs, reaching values of Xm, Chl and PTN higher than those obtained with standard medium. Furthermore, the simultaneous process of cell cultivation in tubular PBR and continuous adsorption of spent cultivation medium through GAC column removed 51 - 79 % of OM and pigments. It was showed that 75 % of treated medium in the feed medium does not cause significant decrease in cell productivity (PX) and results were: steady-state cell concentration (Xs) = 1568 ± 15 mg L-1, PX = 941 mg L-1 d-1, PTN = 42.0 ± 0.6 %, with 65 % reduction in medium price. At last, it can be inferred that the use of physicochemical processes in medium treatment is feasible for reuse in A. platensis cultivation, including that in tubular PBR, leading to considerable increase in chlorophyll and protein contents of the biomass obtained with treated medium

Remoção de carga orgânica recalcitrante de lixiviado de resíduos sólidos urbanos pré-tratado biologicamente por coagulação química-floculação-sedimentação / Removing recalcitrant organic load of landfill leachate from urban solid waste pretreated biologically by coagulation-flocculation-sedimentation

A utilização de pós-tratamentos físico-químicos no tratamento de lixiviados tem sido uma alternativa utilizada para a remoção da carga orgânica presente nesse efluente. Dessa forma, este artigo teve como objetivo avaliar a técnica de tratamento físico-químico pelo processo de coagulação química-floculação-sedimentação como alternativa para pós-tratamento de lixiviado tratado biologicamente. Para isso, utilizou-se o equipamento de reatores estáticos Jarteste, e os parâmetros monitorados para avaliar a eficiência do tratamento físico-químico foram cor verdadeira e demanda química de oxigênio (DQO). Por meio da técnica de planejamento fatorial e analisando-se os resultados obtidos, pôde-se verificar que as maiores remoções de cor e de DQO foram encontradas combinando-se dosagem de 400 mgFe+3/L com pH 3,0, alcançando-se 98 e 81% de remoção de cor e DQO, respectivamente.

The utilization of physical-chemical post treatment on landfill leachate has been an option employed to remove organic compounds from this effluent. In this way, this article aimed to evaluate the physical-chemical treatment by coagulation-flocculation-sedimentation as an alternative in the post-treatment of landfill leachate submitted to biological treatment. Consequently, it was used a Jar-test to monitor true color and chemical oxygen demand (COD) in order to evaluate the efficiency of the physical-chemical treatment. By means of factorial design and analyzing the results, it was found that the best removals of color and COD were attained by combining a dosage of 400 mg Fe+3/L with pH 3.0, achieving 98 and 81% of color removal and COD, respectively.

Atributos físicos e matéria orgânica de áreas de latossolo utilizadas para atividade pecuária no bioma cerrado / Physcical attributes and organic matter in latosol used to livestock purposes in cerrado biome

A região do Triângulo Mineiro está inserida no bioma Cerrado, tendo aproximadamente 67 % da sua área sob Latossolos Vermelhos, que apresentam baixa fertilidade natural e elevados teores de alumínio trocável, exigindo correções e adubações para a inserção destes no processo produtivo. Os atributos físicos do solo são bons indicadores da qualidade do solo, pois permitem o monitoramento de áreas que sofreram interferência antrópica, indicando o melhor uso e manejo para a redução dos processos de degradação. Esta pesquisa objetivou verificar as alterações nos atributos argila dispersa em água (ADA), grau de floculação (GF), diâmetro médio geométrico (DMG) e matéria orgânica do solo (MOS) de um Latossolo Vermelho distrófico, originalmente coberto pela vegetação de Cerrado, e, atualmente, sob diferentes tipos de uso com pastagens e culturas para silagem, adubados com diferentes dejetos de animais de criação intensiva. A argila dispersa em água e o diâmetro médio geométrico foram atributos físicos do solo muito suscetíveis às alterações com o manejo e uso e classe textural do solo. O uso de dejetos, independente da modalidade do uso e manejo do solo, contribuiu para agregar mais matéria orgânica na camada de 0-20 cm comparativamente a vegetação nativa do cerrado. O cerrado nativo embora com o menor teor de matéria orgânica foi que apresentou o maior diâmetro médio geométrico dos agregados. O menor teor de matéria orgânica do solo e o menor diâmetro médio geométrico dos agregados foram verificados na área sob cultivo de cana de açúcar para produção de forragem. p

The region of Mining Triangle is inserted in the savannah, with 66.79% of its area under Oxisols Reds, who have low natural fertility and high levels of exchangeable aluminum, requiring correction and fertilization for insertion in the production process. The physical attributes of the soil are good indicators of soil quality because it allows monitoring of areas that suffered interference, indicating the best use for the reduction of degradation processes. Therefore, we aimed at verifying changes in parameters such as total clay, water-dispersible clay (WDC), degree of flocculation (DF), mean geometric diameter (MGD) and soil organic matter (SOM) in the physical behavior of in oxisol, originally covered by savannah vegetation, and currently under different uses and management with application of different organic residues in pasture systems. The survey was conducted in Uberlandia, MG. The soil attributes are valued more or less influenced by its texture, its type of use and management than simply by adding one or another type of organic compost

Avaliação hidrodinâmica de unidade piloto de floculação mecanizada / Hydrodynamic evaluation of a mechanical flocculation pilot unit

No presente trabalho realizou-se estudo de hidrodinâmica visando avaliar a magnitude do curto-circuito para cinco distintas configurações de aberturas entre as câmaras de uma unidade piloto de floculação mecanizada, para gradientes de velocidade constante e variável, e alternância do sentido da rotação do agitador. O estudo evidenciou que a relevância da configuração das aberturas cresce à medida que o número de câmaras diminui. Em contrapartida, o sentido da rotação dos agitadores e a magnitude do gradiente de velocidade - constante ou variável - apresentaram-se como fatores de menor significância. Tais resultados descortinam alternativa viável de melhoria desta operação unitária, sem investimentos de maior monta, em especial para unidades de floculação de duas ou três câmaras de estações de tratamento de água operando com sobrecarga.

This work focused on the hydrodynamic research aiming at the short-circuiting evaluation for five different outlet configurations through the compartments of a vertical paddle flocculation pilot unit. The tests were carried out with variable and constant velocity gradients, including alternative rotation direction of the paddles. The research pointed out that the relevance of outlet configuration increases with the reduction of the number of compartments. In opposite, the velocity gradient and the rotation direction of paddles seem less significant features. These results open the perspective of viable increasing of performance, with low financial investments, mainly for flocculation units with three or two compartments installed in overloaded water treatment plants.

Avaliação de alguns atributos físicos de um latossolo vermelho-amarelo sob diferentes coberturas vegetais / Evaluation of some physical attributes of an oxisol under different crop cover

Os atributos do solo são dinâmicos e estão sujeitos a alterações de acordo com o uso e manejo adotado, sendo sua determinação importante para melhor utilização agrícola dos solos. Desta forma, objetivou-se avaliar o comportamento de alguns atributos físicos (composição granulométrica, argila dispersa em água e grau de floculação) de um Latossolo Vermelho-Amarelo sobre diferentes usos, a saber: cultivado com duas espécies de leguminosas e sob vegetação espontânea, em área anteriormente cultivada com horticultura, por aproximadamente 10 anos, sob intensa mecanização agrícola e aplicação de corretivos e fertilizantes. O experimento foi instalado no delineamento em blocos casualizados, sendo conduzido em esquema fatorial 2 x 3, sendo duas profundidades (0 a 20 e 20 a 40 cm) e três coberturas vegetais (duas leguminosas e uma vegetação espontânea) com 4 repetições cada. Os dados das avaliações foram submetidos à análise de variância e as médias comparadas pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade. Observou-se que a agitação lenta proporciona uma melhor dispersão física quando comparada com a agitação rápida, demonstrando maior acurácia e precisão. Os valores de argila dispersa em água são maiores na profundidade de 20-40 cm. O solo cultivado com mucuna preta, na profundidade de 20-40 cm, apresenta um maior valor de argila dispersa em água em relação às demais coberturas vegetais e o solo sob vegetação espontânea maior grau de floculação nesta profundidade.

Soil attributes are dynamic and are subject to change according to the use and management adopted, is important for determining its best use agricultural soil. Thus, it was aimed to evaluate some physical attributes (particle size, water dispersible clay and flocculation) of an Oxisol on different uses, namely: cultivated with two species of legumes and natural vegetation, in an area previously cultivated with vegetables, for about 10 years, under intense agricultural mechanization and application of lime and fertilizer. The experiment was conducted in a randomized block design, being conducted in factorial 2 x 3, two depths (0 to 20 and 20 to 40 cm) and three cover crops, with four replications. Data were submitted to analysis of variance and averages compared by Tukey test at 5% probability. It was Avaliação de alguns atributos... SANTOS, L. N. S. et al. Biosci. J., Uberlândia, v. 26, n. 6, p. 940-947, Nov./Dec. 2010 946 observed that the slow agitation provides better physical dispersion when compared with the fast agitation, showing greater accuracy and precision. The values of clay dispersed in water are larger at a depth of 20-40 cm. The soil under Mucuna pruriens L., in depth of 20-40 cm, has a higher value of water dispersible clay in water compared with to other cover crops and the soil under natural vegetation greater degree of flocculation this depth

Propriedades físicas do solo, influenciadas pela distribuição de poros, de seis classes de solos da região de Lavras-MG / Soil physical properties, influenced by pores distribution, of six soil classes in the region of Lavras-MG

A distribuição de poros dos solos condiciona seu comportamento físico-hídrico. Assim, influencia os processos dinâmicos do ar e da solução do solo, bem como a potencialidade agrícola dos mesmos. Desta forma, com o presente trabalho, objetivou-se avaliar a influência da distribuição de poros sobre as propriedades físicas de seis classes de solos, sob vegetação natural, localizados na região de Lavras (MG). Coletaram-se amostras deformadas e indeformadas da camada superficial (0-20 cm) para a caracterização física e a determinação da curva de distribuição de poros dos solos. Os resultados indicaram que as propriedades físicas dos solos não foram influenciadas pelos poros com diâmetro entre 0,03 e 0,0375 mm. Verificou-se, também, que os valores de macroporosidade foram diretamente proporcionais aos valores de condutividade hidráulica saturada dos solos estudados.

The soil pores distribution conditions its physical-hydraulic behavior. Therefore, it influences the dynamic processes of air and solution of the soil, and also its agricultural potentiality. This work aimed at evaluating the influence of pores distribution on physical properties of six classes of soil, under natural vegetation, located in the region of Lavras (MG). Disturbed and undisturbed samples were collected from superficial layer (0-20 cm) for physical characterization and determination of pores distribution curves. The results indicated that soil physical properties were not influenced by the pores with diameter between 0,03 and 0,0375 mm. It was also verified that macroporosity values were directly proportional to the hydraulic conductivity values of saturated soils.