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.

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.

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.