Caracterização de bentonita policatiônica e sua aplicação como auxiliar de coagulação para o tratamento de água de baixa turbidez

Abstract

A água é um dos temas centrais de discussão dos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) das Nações Unidas e é inequivocamente reconhecida como um direito humano essencial pela ONU. No entanto, ela deve ser tratada antes do consumo e o processo de coagulação-floculação é um dos métodos mais eficientes. O tratamento da água com baixa turbidez geralmente requer a adição de auxiliares de coagulação para atender aos padrões de potabilidade. As argilas bentoníticas são uma opção econômica, eficiente, de fácil aplicação e ambientalmente amigável para aprimorar os processos de tratamento. Quando dispersa em água, as partículas coloidais da bentonita promovem a agregação de partículas e outras macromoléculas, uma vez que as suas cargas superficiais negativas são neutralizadas pelo coagulante. Este estudo avaliou a viabilidade de integrar policloreto de alumínio (PAC) e bentonita policatiônica para coagulação em amostras de água real com baixa turbidez. A análise termogravimétrica (TGA) da bentonita mostrou uma perda de massa total de 10,59% devido à evaporação de água superficial e decomposição dos grupos hidroxila. As análises por Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) e Difração de Raios-X (DRX) revelaram a presença de montmorilonita, enquanto a análise do potencial zeta indicou um potencial médio de -36,60 mV. A dosagem ótima de coagulante (PAC) aumentou linearmente com a turbidez inicial da água bruta, sendo de 17 mg.L-1 Al2O3, 35 mg.L- 1 Al2O3 e 45 mg.L- 1 Al2O3 para turbidez inicial média de 7,6 ± 0,5, 21,3 ± 0,8 e 29,6 ± 0,9 NTU, respectivamente. A incorporação de bentonita como auxiliar de coagulação resulta em uma melhora significativa de remoção de turbidez para água bruta com diferentes condições iniciais de baixa turbidez, proporcionando água tratada com 28%-57% menos turbidez em comparação com o uso apenas de PAC para coagulação. Além disso, foram alcançadas eficiências de remoção de cor superiores a 86% com a ação combinada de PAC e bentonita.

Abstract: Water is a central focus of the United Nations' Sustainable Development Goals (SDGs) and is unequivocally recognized as an essential human right by the UN. However, water must be treated prior to consumption and coagulation-flocculation is one of the most efficient methods. Enhancing the treatment of water with low turbidity typically requires the addition of coagulants to meet water quality standards. Bentonite clays are a cost-effective, efficient, readily applicable, and environmentally sound option for enhancing treatment processes. When dispersed in an aqueous solution, the colloidal particles of bentonite promote the aggregation of particles and other macromolecules, by neutralizing negative surface charges upon interaction with coagulants. This study evaluated the feasibility of integrating polyaluminum chloride (PAC) and polycationic bentonite for coagulation in low-turbidity water. Thermogravimetric analysis (TGA) of bentonite showcased a total weight loss of 10.59% due to the loss of surface water and available hydroxyl groups which are responsible for increasing its ability to interact with dissolved compounds. Fourier Transform Infrared (FTIR) and X-ray Diffraction (XRD) analyses revealed the presence of montmorillonite, while zeta potential analysis indicated an average potential of -36.60 mV. The optimal coagulant (PAC) dosage increased almost linearly with the initial turbidity of the raw water, being 17 mg.L-1 Al2O3, 35 mg.L- 1 Al2O3, and 45 mg.L- 1 Al2O3 for average initial turbidity of 7.6 ± 0.5, 21.3 ± 0.8, and 29.6 ± 0.9 NTU, respectively. Incorporating bentonite as a coagulant aid results in significantly improved turbidity removal across a range of initial raw water qualities, yielding treated water with 28%-57% less turbidity compared to using only PAC for coagulation. Additionally, color removal efficiencies higher than 86% were attained when PAC and bentonite were added to low turbidity raw water.