Mestrado em Engenharia do Ambiente | A ampliação do Sistema Regional do Carvoeiro, com o aumento do caudal captado através de uma captação superficial no rio Vouga além do produzido nos poços e furos já existentes, vai requerer a remoção de sólidos suspensos e de turvação para produção de água para o abastecimento público. Neste estudo foi testado o processo de coagulação e floculação com a utilização de sulfato de alumínio. Devido ao problema do alumínio residual na água tratada o objetivo foi centrado na redução desse residual de alumínio, através da aplicação de um coagulante adjuvante e pela incorporação do processo de pré-oxidação com cloro. Além destes dois métodos também foi avaliado a utilização de um coagulante alternativo, o cloreto de ferro. Usando amostras de água do rio Vouga, colhidas junta à captação e transportadas para o laboratório, realizaram-se ensaios de bancada de coagulação e floculação de tipo jar-test. Inicialmente testou-se o cloreto de ferro em comparação com o sulfato de alumínio; o pH foi ajustado com hidróxido de cálcio. Após esta comparação, aplicou-se um coagulante adjuvante. Foi possível a redução da dosagem ótima tanto do sulfato de alumínio como o do cloreto de ferro, com a aplicação de 1mg/L de coagulante secundário. O volume de lamas produzidas na sedimentação também diminuiu devido a uma maior compactação. Com a incorporação do processo de pré-oxidação com cloro, foi verificado uma melhoria na remoção UV e da turvação. Em relação à concentração residual verificada no final dos ensaios, para o cloreto de ferro esteve sempre a valores inferiores a 45 μg/L de ferro. No caso do alumínio, apesar de ser atingida uma redução da dose aplicada nos ensaios, mesmo assim a concentração residual atingiu valores sempre superiores aos recomendados, de 50 μg/L. Tanto com a aplicação do coagulante adjuvante como com o processo de pré-oxidação não se verificou nenhuma diferença significativa na diminuição do residual de alumínio. | The expansion of the Sistema Regional do Carvoeiro, aiming to increase the flow rate by the direct uptake from Vouga river, supplementing the existing wells and water holes, requires treatment for removing suspended solids and turbidity for production of drinking water. This study tested coagulation and flocculation, after dosing aluminum sulfate. Due to the problem encountered with aluminum residual concentration, the objective was centered on the attempt to reduce the residual by applying an adjuvant coagulant and by incorporation of the process of pre-oxidation with chlorine. In addition to these two methods an alternative coagulant, iron chloride, was also evaluated. Using river Vouga water samples, collected at the point of abstraction and transported to the laboratory, tests of coagulation and flocculation at a bench scale were conducted by a jar-test procedure. Initially iron chloride was tested in comparison with aluminum sulfate. The pH was adjusted with calcium hydroxide. After this comparison, the adjuvant coagulant was applied with both these coagulants. It was possible to reduce the optimum dose of aluminum sulfate and iron chloride with the application of 1 mg/L of secondary coagulant. The volume of sludge produced by sedimentation also decreased due to a higher compression. With the incorporation of the process of pre-oxidation with chlorine, improvement was observed in the UV and turbidity removal. Regarding the residual concentrations at the end of the tests, for iron chloride it was always lower than 45μg/L. In the case of aluminum, although the optimum dose was reduced, the residual concentrations were always higher than the recommended 50μg/L. With the application of the adjuvant coagulant, values exceeded 200μg/L and with pre-oxidation no observed difference was seen in the residual concentration of aluminum.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2013 | Este estudo teve como objetivo principal remover o íon metálico Al3+ presente em água de abastecimento utilizando o biopolímero quitosana como material adsorvente. A Portaria n0 2.914/2011 do Ministério da Saúde estabelece que a concentração máxima admitida deste íon na água potável é 0,2 mg/L. No entanto, na região carbonífera de Santa Catarina foram identificados diversos pontos onde a água subterrânea apresenta valores superiores ao estabelecido por esta Portaria referente ao parâmetro Al3+. Este fato torna-se preocupante à medida que estudos associam a ingestão de alumínio a males neurológicos, podendo ser um fator desencadeante da doença de Alzheimer. Visando remover Al3+ da água destinada ao consumo humano foram realizados estudos de adsorção com solução sintética e água natural de poço artesiano utilizando o biopolímero quitosana. A quitosana é um material abundante, atóxico e biodegradável, sendo amplamente utilizada em estudos de remoção de metais devido à sua propriedade adsorvente e capacidade para formar complexos com íons metálicos de transição devido à presença de grupos amino em sua estrutura. Para realização dos estudos utilizou-se água natural de poço artesiano coletada na cidade de Araranguá - SC, pertencente à bacia carbonífera do Estado. Neste local a concentração de Al3+ encontra-se na faixa de 0,6 mg/L, valor este três vezes superior ao estabelecido pela legislação vigente. Inicialmente foram realizados ensaios preliminares, em batelada, de remoção com distintas soluções sintéticas contendo Al3+, Fe2+/Fe3+ e Mn2+. Estes ensaios demonstraram que a quitosana apresenta boa capacidade de remoção de Al3+ e Fe2+/Fe3+, embora para uma satisfatória remoção de Fe2+/Fe3+, seja requerido maior teor de quitosana comparada ao Al3+. Já o íon metálico Mn não foi removido pela quitosana. A partir dos resultados preliminares de remoção, realizaram-se ensaios isotérmicos de adsorção de Al3+ e Fe2+/Fe3+, onde a partir dos resultados obtidos pode-se verificar que a remoção tanto de Al quanto de Fe pela quitosana apresenta um comportamento compatível ao modelo de isoterma de Sips, indicativo de um mecanismo de adsorção via fisiossorção a baixas concentrações e via quimiossorção a concentrações mais elevadas. Para este modelo as capacidades máximas de adsorção calculadas foram de 45,52 mg Al/g Quit e 12,30 mg Fe/g Quit. Avaliou-se também o mecanismo cinético que rege a adsorção de Al3+ pela quitosana, sendo o modelo que melhor descreve esta adsorção o modelo cinético de pseudo segunda-ordem, o qual sugere um mecanismo via quimiossorção. A partir destes ensaios de adsorção foram avaliados dois métodos distintos de remoção de Al3+ através da técnica de Extração em Fase Sólida (EFS): i) Impregnação de um material suporte com quitosana, e ii) Colunas preenchidas com quitosana. A primeira técnica proposta foi efetuada através da impregnação com quitosana de um material suporte de não-tecido composto de viscose, polipropileno e poliéster. Após a impregnação deste material, o mesmo foi disposto em um tanque onde o ensaio foi conduzido em batelada até obtenção da saturação da quitosana. Realizou-se também um ensaio similar denominado de Branco, utilizando somente o material, sem a quitosana impregnada, no qual observou-se capacidade de adsorção associada ao material não-tecido. Realizaram-se três ensaios, dois com solução sintética e um com água de poço. Estes ensaios apresentaram bons resultados de remoção de Al3+ (26-30 mg Al3+/g Quit). Após término do ensaio foram realizadas análises de MEV e EDX das fibras após saturação com Al3+ as quais demonstraram incrustações contendo alumínio sobre o filme de quitosana. Os ensaios realizados em coluna preenchida por quitosana foram conduzidos com solução sintética e água de poço, nas mesmas condições. Estes ensaios também apresentaram bons resultados de remoção, sendo as capacidades de adsorção obtidas de 37,76 e 15,23 mg Al3+/g Quit, para solução sintética e água de poço, respectivamente. Realizaram-se, após término do ensaio, análises de MEV, EDX e FTIR. Observou-se que quando a quitosana está saturada de Al3+, a espectroscopia FTIR sugere a formação de compostos de coordenação Al/Fe-Quit. Com este estudo pode-se verificar que em ambas as técnicas propostas observaram-se boa capacidade de remoção de Al3+ pela quitosana. Devido às propriedades atóxicas e biodegradáveis da quitosana, além de a sua abundância, este biomaterial é uma boa opção para a remoção de Al3+ em águas para abastecimento que contenham baixas concentrações (~ 0,6 mg Al3+ /L) deste íon metálico. <br> | Abstract: This dissertation aimed to remove the metal ion Al3+ present in the water supply using the biopolymer chitosan as adsorbent material. The Ordinance of the Ministry of Health N0 2.914/2011 states that the maximum concentration allowed of this ion in the water supply is 0,2 mg/L. However, in the coal exploring area of Santa Catarina several points were identified where the groundwater has values higher than the one established by this Ordinance, concerning parameters of Al3+. This fact becomes worrying as research associates aluminum intake to neurological ailments, which may even trigger Alzheimer's disease. Aiming to remove Al, at low concentrations, adsorption studies were performed with synthetic solution and natural artesian water using the biopolymer chitosan. Chitosan is an abundant material, non-toxic and biodegradable, and it is widely used in studies of metal removal because of its adsorbent property and ability to form complexes with transition metal ions due to the presence of amino groups in its structure. For these studies natural artesian water was collected in the city of Araranguá-SC, which is part of the coal basin of the state, where the Al concentration is approximately 0.6 mg/L, a value three times higher than the one established by the current legislation. Preliminary removal assays were carried out in batches with different synthetic solutions containing Al, Fe and Mn. These trials showed that chitosan presents a good capacity to remove Fe and Al, though for a satisfactory removal of Fe a higher content of chitosan is required, compared to Al. Yet, the removal of Mn by chitosan did not happen. After the preliminary removal results, isothermal adsorption assays of Al and Fe were performed, where it could be verified that the removal of both Al and Fe by chitosan presents a model of behavior compatible to the one of Sips. For this model the maximum capacities of adsorption calculated were of 45.52 mg Al/g Quit, and 12,30 mg Fe/g Quit. The kinetic mechanism which reacts to the adsorption of chitosan by Al was also evaluated, and the model that best describes this adsorption is the kinetic model of the pseudo-second order, which suggests a mechanism via chemisorption. Based on these adsorption tests two different methods of removing Al using the technique of Solid Phase Extraction (SPE) were assessed: i) impregnating a support material with chitosan and ii) Columns filled with chitosan. The first proposed technique was performed by impregnating a support material consisting of non-woven viscose, polypropylene and polyester. After the impregnation of this material, it was arranged in a tank where the trial was conducted in batches. A similar assay was performed, called White, using only the material, without the impregnated chitosan, in which it was observed an adsorption capacity associated with the non-woven material. Three tests were performed: two synthetic solution and one with well water. These tests showed good results of Al3+ removal (26 - 30 mg Al3+ / g Quit). After this assay, analysis were conducted concerning the SEM and EDX of the fibers after saturation with Al3+ which showed aluminum incrustations on the film containing chitosan. The tests with columns filled with chitosan were conducted with synthetic solution and wellwater under the same conditions. These assays also showed good removal results, the adsorption capacities obtained were 37,76 and 15,23 Al3+ mg/g Quit for synthetic solution and water well, respectively. Analyzes of SEM, EDX and IFTR were performed after the test. It was observed that when chitosan is saturated with Al, IFTR spectroscopy suggests the formation of coordination compounds Al-Quit, which evidences a chemisorption process. With this study it could be verified that both proposed techniques had a good capacity of removal of Al3+ by chitosan. Due to nontoxic and biodegradable properties of chitosan, and its abundance, this biomaterial is a good option for the removal of Al3+ in water supplies which contain low concentrations of this metal ion.

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, Perfil Sanitária | Na água destinada ao abastecimento público é comum a existência de um residual de alumínio, não só pela sua presença na água de origem para captação como também pela utilização recorrente de coagulantes à base de sais de alumínio no tratamento. Apesar de se tratar de um elemento omnipresente, é a sua presença na água de consumo que tem levantado maiores dúvidas em relação aos efeitos que pode vir a ter na saúde. Este residual de alumínio tem vindo a ser objecto de inúmeros estudos científicos, uma vez que pode estar implicado em diversas doenças do foro neurológico. O alumínio tem sido frequentemente associado à etiologia ou patogénese da doença de Alzheimer, não sendo, no entanto, ainda possível referilo como elemento causal da doença. Este trabalho tem como principal objectivo o estudo dos potenciais efeitos na saúde resultantes da utilização de sais de alumínio no tratamento convencional de água destinada ao abastecimento público. Foi feita uma revisão bibliográfica donde se destacaram alguns estudos considerados mais relevantes, os quais foram analisados e criticados. Outro objectivo deste trabalho incide na compreensão das causas da presença de determinados teores de alumínio no final do tratamento, e as possíveis soluções para este problema. Foram revistas e analisadas as etapas de produção que influenciam as concentrações finais deste elemento, evidenciando-se os problemas que podem ocorrer e as soluções que existem. Apesar da incerteza associada e da necessidade de investigação adicional, conclui-se que existem evidências de que a exposição proveniente da ingestão de água contendo alumínio mesmo a níveis legislados pode representar danos para a saúde, particularmente a nível neurológico. Assim, e pelo princípio da precaução, devem ser tomadas medidas para a minimização dos teores de alumínio no final do tratamento.

O cultivo intensivo pode alterar a composição química da solução do solo, favorecendo a perda de solutos. Dessa forma, poderia mudar a composição química dos cursos de água. Foi realizado um estudo na fazenda da EPAMIG em Oratórios, Minas Gerais, de junho de 1996 a maio de 1997, para avaliar o efeito do manejo do solo na composição química da solução do solo, considerando as condições climáticas. O carbono orgânico solúvel também foi determinado na solução do solo e no deflúvio de pequenos cursos de água. Foram realizadas extrações mensais da solução do solo sob diferentes coberturas vegetais, nas camadas de 0-20, 20-40 e 40-100 cm de profundidade. A extração da solução do solo foi feita por centrifugação, a uma força centrífuga relativa correspondente a 900 g. Em acréscimo, foram feitas coletas semanais de deflúvio de quatro pequenos cursos de água com uso variado de suas respectivas áreas de drenagem. Foi observada uma ligeira elevação na concentração de íons em solução com o início do período chuvoso, sendo esse fato mais acentuado para o carbono orgânico solúvel na solução do solo e no deflúvio. A adubação mineral promoveu o deslocamento de íons trocáveis, em profundidade. A lixiviação foi favorecida, principalmente, no solo sem cobertura vegetal. A movimentação de carbono orgânico solúvel foi maior no solo sob pastagem, apesar do menor teor na solução do solo, em comparação aos outros solos. No curso de água drenado em área de pastagem, também foi encontrada a maior concentração de carbono orgânico solúvel.<br>Intensive land use can change the chemical composition of the soil solution and cause solute losses. Thus, it can alter the chemical composition of water courses. A study was carried out in a farm of EPAMIG in Oratorios, state of Minas Gerais, Brazil, from June 1996 to May 1997, to evaluate the effect of soil management on the chemical composition of soil solution, taking climatic conditions into consideration. Soluble organic carbon was also determined in the soil solution and in water streams of small watersheds. Soil solution was extracted monthly from soils under different land uses from three layers: 0 to 20, 20 to 40 and 40 to 100 cm. The soil solution was extracted by centrifugation, at a relative centrifuge force of 900 g. Additionally, water samples were collected from four creeks draining out of watersheds under different land uses. A slight increase in the ion concentration was observed in the soil solution in the beginning of the wet season. The changes were pronounced for the soluble organic carbon in the soil solution and water streams. Soil fertilization promoted the displacement of exchangeable ions to the soil solution down through the soil profile. The highest soil leaching was found for the bare soil. The soluble organic carbon movement across the soil profile was higher under pasture, even though its concentration was the lowest compared to the other land uses. The highest soil organic carbon was observed in water of a creek draining out of a pasture watershed.

O desenvolvimento das culturas nas várzeas é extremamente influenciado pelo manejo destas, devido aos atributos químicos e físico-hídricos que elas possuem. O decréscimo na produtividade, verificado no monocultivo contínuo de arroz (Oryza sativa L.) irrigado, pode estar relacionado à redução na fertilidade do solo, em decorrência da lixiviação de nutrientes. Com o objetivo de se avaliar os efeitos de manejo da água (MA1 - inundação contínua e MA2 - inundação intermitente seguida de contínua) e do fertilizante potássico (K1 - na semeadura; K2 - adubação parcelada e K3 - meia dosagem parcelada) na cultura de arroz irrigado sobre alguns atributos químicos de um solo Gley Pouco Húmico, foram conduzidos experimentos durante três anos consecutivos. Na inundação contínua ocorre maior lixiviação de cálcio e de potássio, teor de fósforo no solo e saturação por alumínio e menor pH na camada superficial do solo em relação à inundação intermitente, além de aumento do teor de potássio e do pH e diminuição de saturação por alumínio em profundidade. A inundação intermitente e o parcelamento do potássio podem contribuir na redução das perdas de nutrientes em solos de várzea que apresentam percolação excessiva. Alguns atributos químicos do solo podem ser melhorados através do manejo adequado da cultura do arroz irrigado, envolvendo manejo da água e do fertilizante potássico.

O cultivo intensivo pode alterar a composição química da solução do solo, favorecendo a perda de solutos. Dessa forma, poderia mudar a composição química dos cursos de água. Foi realizado um estudo na fazenda da EPAMIG em Oratórios, Minas Gerais, de junho de 1996 a maio de 1997, para avaliar o efeito do manejo do solo na composição química da solução do solo, considerando as condições climáticas. O carbono orgânico solúvel também foi determinado na solução do solo e no deflúvio de pequenos cursos de água. Foram realizadas extrações mensais da solução do solo sob diferentes coberturas vegetais, nas camadas de 0–20, 20–40 e 40–100 cm de profundidade. A extração da solução do solo foi feita por centrifugação, a uma força centrífuga relativa correspondente a 900 g. Em acréscimo, foram feitas coletas semanais de deflúvio de quatro pequenos cursos de água com uso variado de suas respectivas áreas de drenagem. Foi observada uma ligeira elevação na concentração de íons em solução com o início do período chuvoso, sendo esse fato mais acentuado para o carbono orgânico solúvel na solução do solo e no deflúvio. A adubação mineral promoveu o deslocamento de íons trocáveis, em profundidade. A lixiviação foi favorecida, principalmente, no solo sem cobertura vegetal. A movimentação de carbono orgânico solúvel foi maior no solo sob pastagem, apesar do menor teor na solução do solo, em comparação aos outros solos. No curso de água drenado em área de pastagem, também foi encontrada a maior concentração de carbono orgânico solúvel. | Intensive land use can change the chemical composition of the soil solution and cause solute losses. Thus, it can alter the chemical composition of water courses. A study was carried out in a farm of EPAMIG in Oratorios, state of Minas Gerais, Brazil, from June 1996 to May 1997, to evaluate the effect of soil management on the chemical composition of soil solution, taking climatic conditions into consideration. Soluble organic carbon was also determined in the soil solution and in water streams of small watersheds. Soil solution was extracted monthly from soils under different land uses from three layers: 0 to 20, 20 to 40 and 40 to 100 cm. The soil solution was extracted by centrifugation, at a relative centrifuge force of 900 g. Additionally, water samples were collected from four creeks draining out of watersheds under different land uses. A slight increase in the ion concentration was observed in the soil solution in the beginning of the wet season. The changes were pronounced for the soluble organic carbon in the soil solution and water streams. Soil fertilization promoted the displacement of exchangeable ions to the soil solution down through the soil profile. The highest soil leaching was found for the bare soil. The soluble organic carbon movement across the soil profile was higher under pasture, even though its concentration was the lowest compared to the other land uses. The highest soil organic carbon was observed in water of a creek draining out of a pasture watershed.

O cultivo intensivo pode alterar a composição química da solução do solo, favorecendo a perda de solutos. Dessa forma, poderia mudar a composição química dos cursos de água. Foi realizado um estudo na fazenda da EPAMIG em Oratórios, Minas Gerais, de junho de 1996 a maio de 1997, para avaliar o efeito do manejo do solo na composição química da solução do solo, considerando as condições climáticas. O carbono orgânico solúvel também foi determinado na solução do solo e no deflúvio de pequenos cursos de água. Foram realizadas extrações mensais da solução do solo sob diferentes coberturas vegetais, nas camadas de 0-20, 20-40 e 40-100 cm de profundidade. A extração da solução do solo foi feita por centrifugação, a uma força centrífuga relativa correspondente a 900 g. Em acréscimo, foram feitas coletas semanais de deflúvio de quatro pequenos cursos de água com uso variado de suas respectivas áreas de drenagem. Foi observada uma ligeira elevação na concentração de íons em solução com o início do período chuvoso, sendo esse fato mais acentuado para o carbono orgânico solúvel na solução do solo e no deflúvio. A adubação mineral promoveu o deslocamento de íons trocáveis, em profundidade. A lixiviação foi favorecida, principalmente, no solo sem cobertura vegetal. A movimentação de carbono orgânico solúvel foi maior no solo sob pastagem, apesar do menor teor na solução do solo, em comparação aos outros solos. No curso de água drenado em área de pastagem, também foi encontrada a maior concentração de carbono orgânico solúvel. | Intensive land use can change the chemical composition of the soil solution and cause solute losses. Thus, it can alter the chemical composition of water courses. A study was carried out in a farm of EPAMIG in Oratorios, state of Minas Gerais, Brazil, from June 1996 to May 1997, to evaluate the effect of soil management on the chemical composition of soil solution, taking climatic conditions into consideration. Soluble organic carbon was also determined in the soil solution and in water streams of small watersheds. Soil solution was extracted monthly from soils under different land uses from three layers: 0 to 20, 20 to 40 and 40 to 100 cm. The soil solution was extracted by centrifugation, at a relative centrifuge force of 900 g. Additionally, water samples were collected from four creeks draining out of watersheds under different land uses. A slight increase in the ion concentration was observed in the soil solution in the beginning of the wet season. The changes were pronounced for the soluble organic carbon in the soil solution and water streams. Soil fertilization promoted the displacement of exchangeable ions to the soil solution down through the soil profile. The highest soil leaching was found for the bare soil. The soluble organic carbon movement across the soil profile was higher under pasture, even though its concentration was the lowest compared to the other land uses. The highest soil organic carbon was observed in water of a creek draining out of a pasture watershed.