Avaliaçâo e aplicaçâo dos resultados de Jar-test - BVSDE

22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental
14 a 19 de Setembro 2003 - Joinville - Santa Catarina
I-186 - AVALIAÇÃO E APLICAÇÃO DOS RESULTADOS DE JAR-TEST NO
MÓDULO DECANTO FLOCULADOR DE ALTA TAXA
Tarso Luís Cavazzana(1)
Graduando em Engenharia Civil pela Faculdade de Engenharia da UNESP – Campus de
Ilha Solteira
Tsunao Matsumoto
Engenheiro Civil
Mestre e Doutor em Hidráulica e Saneamento
Professor Assistente Doutor do Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de
Engenharia da UNESP – Campus de Ilha Solteira
Endereço(1): UNESP - Campus de Ilha Solteira - Departamento de Engenharia Civil -
Alameda Bahia, 550 – CEP 15385-000 - Ilha Solteira - SP - Brasil - Fone/Fax: (18) 3743-
1125 - e-mail: tatarso@ig.com.br.
RESUMO
O presente trabalho de investigação avaliou em Jar-Test, com posterior aplicação em
floculador de manta de lodo seguido de decantador de alta taxa, à diferentes taxas de
filtração e diferentes polieletrólitos, o tratamento de água bruta - preparada em laboratório -
para fins de abastecimento.
De experiências realizadas, comparando-se a eficiência de remoção de turbidez em
diferentes taxas de filtração, aplicadas à floculação hidráulica de manta de lodo associada a
decantador de alta taxa, tinha-se a indicação do aumento da taxa de aplicação no decantador
possibilitada pelo floculador de manta de lodo que, com sua forma de tronco de pirâmide
invertido de fluxo ascendente, preserva um equilíbrio da manta formada deixando os flocos
maiores e mais pesados sempre na parte inferior (da manta) e os menores na superior.

Dessa forma, essa manta comporta-se como um meio filtrante, facilitando o contato e a
posterior adsorção dos colóides pelo polieletrólito utilizado.
Como alguns resultados já obtidos haviam demonstrado boa redução em termos de turbidez
para a água decantada no sistema utilizado, à taxas de aplicação até 120 m3/m2/dia no filtro
(GUILHERME, 2001), quando comparado ao floculador hidráulico de chicanas verticais,
fez-se nesse trabalho, a verificação do comportamento do aparato experimental para as
taxas maiores de 160, 200 e 240 m3/m2/dia no filtro.
Assim, a estação de tratamento de água experimental apresentou um bom potencial de
rendimento em termos de água tratada por espaço ocupado, já que possibilita o aumento das
carreiras de filtração em função da boa qualidade da água decantada, o que representa
vantagens de ordem econômica e ambiental. Os resultados colhidos até o momento -
carreira de filtração de 24h - comprovam esse potencial de redução de espaço.
Palavras-chave: tratamento, manta de lodo, polieletrólito, rendimento, ambiental.
INTRODUÇÃO
As Estações de Tratamento de Água (E.T.A.) tradicionais precisam ser, otimizadas e
atualizadas. Otimizadas por ainda apresentarem grandes espaços ocupados, e atualizadas
por ainda não terem um sistema de dosagem de coagulante automatizado, o que diminuiria
desperdícios de produtos químicos e de água aduzida no processo.
Essas características conferem à E.T.A. maiores custos de operação e prazos de
amortização podendo, dessa forma, inviabilizar economicamente a implantação dessa
importante infraestrutura, ou ainda, impedir aplicações de recursos para outros
investimentos em uma comunidade.
Sob esses aspectos, o sistema de floculador hidráulico de manta de lodo associado a
decantador de alta taxa diminuiria o espaço ocupado em relação à quantidade de água
tratada por período de tempo, tornando a E.T.A. compacta - questão de otimização -
diminuindo o custo de aquisição da área e de operação. Os ensaios de Jar-Test
determinariam as dosagens de coagulante e, dispositivos semi-automáticos controlariam sua
aplicação - questão de atualização.
Com a redução de espaço para a potabilização da água, abre a possibilidade de incorporarse
às estações dispositivos para a recuperar águas de lavagem de filtro e unidades de
desidratação e análise do lodo retirado, o que certamente irá reduzir o impacto ambiental
causado pela E.T.A. tradicional, por permitir direcionar o detrito retirado à alguma
aplicação prática.
Quanto ao tipo de coagulante, uns dos insumos mais utilizados na E.T.A., deve também ser
mais estudado, principalmente em vista da população a ser atendida. Isso se faz pertinente
uma vez que certos coagulantes tradicionais (por exemplo: Sulfato de Alumínio granulado)

podem causar afecção neurológica se aplicados incorretamente. Por esse fato, os
coagulantes utilizados para testes do presente trabalho foram polieletrólitos
industrializados, por ter melhor controle de qualidade.
Os resultados no Módulo Experimental apresentaram-se bons (em torno de 4 UT na saída
do decantador) para as taxas de 160, 200 e 240 m3/m2/dia e, conforme comentários quanto
aos aspectos observados e potencialidades do sistema utilizado, fez-se pertinente a sua
aplicação.
OBJETIVOS
Os principais objetivos constantes do trabalho foram:
Jar-Tests para determinar o melhor polímero e a melhor dosagem (em cada taxa e turbidez),
para testes no módulo floculador de manta de lodo seguido de decantador de alta taxa.
Avaliação da eficiência do tratamento de água com o Módulo Experimental para taxas de
160, 200 e 240 m3/m2/dia;
METODOLOGIA UTILIZADA
Com a finalidade de obtenção de resultados em ensaios Jar-Test, fez-se necessário o
levantamento dos parâmetros hidráulicos, basicamente gradientes de velocidade, e tempos
de detenção para cada etapa do tratamento, na ordem: mistura rápida, floculação e
decantação. Isso foi feito desenvolvendo-se a equação (1), como segue:
(1)
onde:
G: gradiente de velocidade (s-1);
P: potência introduzida no sistema (W);
m : viscosidade dinâmica da água (10-3 Pa.s);
V: Volume (m3).
Substituindo-se a potência, levando-se em consideração o coeficiente de resistividade
apresentado por DI BERNARDO (1993) e, o colocado por VIANNA (1992), quanto à
relação de espaçamento e altura de encontro de jatos sucessivos, chega-se à equação (2):
(2)

onde:
g: gravidade, m/s2;
Q: vazão de ensaio, m3/s;
n : viscosidade cinemática da água, 10-6 m2/s;
A: área da seção em que se quer determinar o gradiente, m2;
Lf: espessura do meio filtrante, m;
kr: coeficiente de resistividade, s/m.
Assim, discretizando-se o módulo em três partes - início, meio e fim - tornou-se possível o
cálculo dos gradientes médios para cada taxa de aplicação. E considerando-se o gradiente
do meio igual à soma dos gradientes inicial e final dividido por três (a peça é piramidal),
tem-se que o gradiente para Jar-Test (Gmédio) é uma ponderação dos gradientes pelas
respectivas alturas, conforme a equação (3):
(3)
onde:
h: altura do floculador menos h’, m;
h’ altura de encontro do jato de entrada com as paredes do floculador, m;
hp+d a altura do prolongador mais decantador, m;
Gmédio, o gradiente médio para o floculador, s-1.
Os tempos de detenção de cada etapa foram obtidos conforme seus volumes e a taxa de
aplicação no filtro (vazão).
Em seguida, foram feitos ensaios de Jar-Test e de aplicação no módulo, como descrito na
seqüência:
JAR-TEST
Foram realizados ensaios de Jar-Test nas turbidez de 10, 30 e 100 UT para três diferentes
polieletrólitos (coagulantes) - nas taxas de 160, 200 e 240 m3/m2/dia de filtração
equivalentes no Módulo Experimental, sendo possível, junto aos resultados, determinar o
melhor polieletrólito, em cada par, taxa - turbidez, para testes no módulo decanto floculador
de manta de lodo.

O critério de escolha entre os polímeros testados era a turbidez final no Jar Test, limitada à
2 UT, em conjunto com a dosagem (quanto menor a dosagem para um mesmo nível de
turbidez, melhor). Esse critério é mais bem explicado no item: "RESULTADOS
OBTIDOS", no qual são comparados dois resultados de igual característica de ensaio para
polímeros diferentes.
TESTE NO MÓDULO
Para a realização desses testes fazia-se uma relação entre a dosagem obtida no Jar-Test para
2L de água bruta preparada em laboratório, e a vazão correspondente à taxa de aplicação
(160, 200, 240 m3/m2/dia.) do ensaio.
Por fim, puderam ser comparados os resultados do módulo com os do Jar-Test e também
com os resultados obtidos por MATSUMOTO & GUILHERME, 2000, com a finalidade de
avaliação da eficiência do módulo para as novas taxas de aplicação (equivalentes no filtro)
de 160, 200 e 240 m3/m2/dia.
RESULTADOS OBTIDOS
Os resultados obtidos para realização de Jar-Test estão apresentados nas Tabelas 1 e 2. Para
os resultados da Tabela 1, o produto foi considerado constante igual à 0,15 s de acordo
com a geometria do floculador.
TABELA 1: Estimativa dos gradientes médios no floculador em função da taxa de filtração.
Taxa de filtração
160 m3/m2/dia
200 m3/m2/dia
240 m3/m2/dia
Gmédio (s-1)
33
41
50
Os tempos de detenção hidráulico da Tabela 2 foram obtidos a partir dos volumes de cada
etapa do tratamento e das taxas de aplicação (vazões) correspondentes.
TABELA 2: Tempos de detenção no modulo experimental.

Taxa de filtração
160 m3/m2/dia
200 m3/m2/dia
240 m3/m2/dia
Mistura rápida*
7,5 s
6 s
5 s
Floculador
6,5 min.
5 min.
4 min.
Decantador
20 min.
15 min.
10 min.
*A mistura rápida possui gradiente 600 s-1.
Apresenta-se na Tabela 03 abaixo os resultados colhidos nos Jar-Test:
TABELA 03: Indicação, conforme Jar Test, do polieletrólito a ser testado em cada situação.
Taxa
(m3/m2.dia)
Turbidez de ensaio (UT)
Polieletrólito

Melhor dosagem (mg/L)
Turbidez da água decantada (UT)
Polieletrólito a ser testado
160
10
A
7,5
3,1
160
10
B
2,5
6,6
160
10
C
17,5
1,3
X
200
10
A
2,5

6,3
200
10
B
5,0
7,0
200
10
C
30,0
2,0
X
240
10
A
2,5
7,3
240
10
B
22,5
8,1
240
10

C
30,0
1,5
X
160
30
A
50,0
2,0
160
30
B
15,0
14,5
160
30
C
15,0
2,0
X
200
30
A

10,0
15,3
200
30
B
12,5
14,3
200
30
C
27,5
1,9
X
240
30
A
12,5
14,0
240
30
B
30,0
14,8
240

30
C
27,5
1,6
X
160
100
A
55,0
2,0
160
100
B
15,0
49,1
160
100
C
22,5
2,0
X
200
100

A
50,0
2,1
200
100
B
60,0
38,4
200
100
C
40,0
1,5
X
240
100
A
60,0
2,0
240
100
B
40,0

43,5
240
100
C
45,0
1,9
X
200
30
E
37,5
2,0
200
30
F
2,5
9,1
240
30
F

37,5
13
240
30
E
50,0
2,3
240
30
D
50,0
2,1
TABELA 04: Vazão de solução de polieletrólito para os ensaios no módulo
Taxa
(m3/m2.dia)
Turbidez de ensaio (UT)
Polieletrólito
Melhor dosagem (mg/L)
Vazão

(mL/s)
160
10
C
17,5
0,20
160
30
C
15,0
0,17
160
100
C
22,5
0,26
200
10
C
30,0
0,44
200
30
C

27,5
0,40
200
100
C
40,0
0,58
240
10
C
30,0
0,52
240
30
C
27,5
0,48
240
100
C
45,0
0,79

Para a realização dos testes no Módulo Experimental foi necessário obter-se a vazão da
solução do polímero a ser testado em cada taxa de aplicação e turbidez, conforme o
apresentado anteriormente em "TESTE NO MÓDULO". A Tabela 04 mostra essas vazões.
A seguir estão os resultados de Jar-Test para os polieletrólitos A e C na turbidez de 30 UT e
taxa de 200 m3/m2/dia. E, considerando-se como aceitável turbidez de 2 UT na saída do
decantador, tem-se a maior eficiência de C em relação à A, pois, apesar deste possuir
melhor dosagem (10 mg/L) menor que a de C (27,5 mg/L) para a menor turbidez ao final
do teste, possui água decantada com turbidez superior à aceitável (2 UT), indicando, dessa
forma, o polímero C para teste no Módulo Experimental. Isso fica mais evidente
observando as curvas das Figuras 01 e 02 para os respectivos polímeros, como segue:
Figura 01: Resultados do polímero A em Jar-Test.
Figura 02: Resultados do polímero C em Jar-Test.
DISCUSSÕES ECOMENTÁRIOS
Um fato interessante a ser analisado são os resultados obtidos no Módulo Experimental a
partir dos ensaios de Jar-Test apresentados anteriormente, para o polímero C, conforme
Figuras 03 e 04.
Figura 03: Resultados do Módulo Experimental - Polímero C, taxa de 200 e 30 UT.
Figura 04: Resultados da manta no Módulo Experimental - Polímero C, taxa de 200 e 30
UT.
Quando da aplicação no Módulo Experimental, pode-se observar que os resultados só
melhoraram, ficando mais em acordo com o do teste preliminar, após o início da formação
de uma manta de aproximadamente 50 cm, com 2 h de ensaio. Já o filtro satisfez o esperado
(turbidez menor que 0,1 UT) até o fim do teste. Assim, as melhores dosagens obtidas nos

ensaios Jar-Test foram provenientes do polieletrólito catiônico denominado de C (d=1,415)
o qual foi testada no Módulo Experimental. Ainda neste teste, um fato interessante
observado, foi que a não-formação e a formação dispersa da manta (não adensamento dos
flocos no floculador), afetava os resultados no Módulo Experimental.
Nos testes realizados às taxas de 200 e 240 m3/m2/dia, teve-se a ocorrência de formação
bolhas na entrada do floculador, não simuladas em Jar-Test; essas bolhas destruíam ou, até
mesmo, impediam a formação de manta. Quando a destruía, os flocos foram carreados até
ao final do decantador fazendo às vezes a água apresentar turbidez da ordem da água bruta.
Como tentativas de melhorar os resultados adotou-se o seguinte procedimento:
No início dos ensaios, fechava-se parcialmente a plug de entrada do floculador, para
diminuir o tamanho das bolhas formadas e consequentemente a incidência de flocos no
decantador;
Adição de argila na entrada do floculador para formação de uma manta mais densa, muitas
vezes foi dispersa pelas bolhas em seguida;
Descargas da "manta" na tentativa de abaixar os flocos levados ao final do decantador pelas
bolhas.
A formação de bolhas foi observada no teste à taxa de 200 m3/m2/dia e 100 UT (primeiro
teste acima da taxa de 160 m3/m2/dia), o que tornou necessário a sua repetição, uma vez
que não era feito o fechamento do plug de entrada.
Por fim, conforme as observações feitas em um ensaio de 24 h - Figuras 05, 06, 07 e 08 a
seguir -, resolveu-se colocar um tubo anterior à entrada do floculador, de altura superior à
do arranjo experimental, com objetivos de dar saída às bolhas formadas no sistema de
alimentação e eliminá-las do floculador.
A introdução do tubo de purga foi bem sucedida quando observados os resultados
apresentados nas Figuras 05 à 08, as quais permitem a comparação entre dois testes, de
iguais características, no Módulo.
Os resultados do final do teste foram influenciados pela ocorrência de curto - circuito, uma
vez que a manta trabalhou após 5 h de ensaio na interface floculador - decantador e, os
flocos depositaram nas placas paralelas de tal forma, que nem uma grande descarga no final
do ensaio possibilitou que os resultados voltassem a ser bons quanto os obtidos
anteriormente. Tal observação vem sendo pesquisada de forma a minimizar tais efeitos e
obter um sistema de tratamento ainda mais eficiente.`
Figura 05: Resultados de turbidez no teste 1 de 24 h à taxa de 240 m3/m2.d e turbidez de
30UT, na parte superior, sem a purga e na inferior, com a purga, respectivamente.

Figura 06: Resultados da manta no teste 1 de 24 h à taxa de 240 m3/m2.d e turbidez de
30UT, na parte superior, sem a purga e na inferior, com a purga, respectivamente.
Figura 07: Resultados de turbidez no teste 2 de 24 h à taxa de 240 m3/m2.d e turbidez de
30UT, na parte superior, sem a purga e na inferior, com a purga, respectivamente.
Figura 08: Resultados da manta no teste 2 de 24 h à taxa de 240 m3/m2.d e turbidez de
30UT, na parte superior, sem a purga e na inferior, com a purga, respectivamente.
CONCLUSÕES
Os resultados alcançados com o Jar Test e o modulo experimental foram bastante próximos
no que refere a dosagem, mas a turbidez remanescente para água decantada foi melhor no
ensaio de Jar Test.
O aumento de taxa de aplicação no conjunto experimental foi positivo e bem sucedido, pois
com a aplicação de uma taxa de filtração na orem de 240 m3/m2.d em ensaio de 24 horas,
pode obter água decantada com turbidez sempre abaixo de 6 UT e água filtrada abaixo de
0,1 UT, uma vez que a unidade foi projetada para uma taxa de 120 m3/m2.d.
O modulo decanto floculador mostrou ser eficiente na remoção da turbidez á partir da
espessura da manta atingir acima de 0,5m, e melhorando ainda mais quando atingir a
espessura de 1,0m, foi limitado em operação uma espessura máxima em torno de 2,0m com
descargas sucessivas durante o ensaio.
Espessura da manta acima de 2,0m acarreta no carreamento da manta no efluente
prejudicando a qualidade da água decantada e conseqüentemente irá diminuir a carreira do
filtro de areia, limitando a produção de água filtrada.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
DI BERNARDO, L. (1993) - Métodos e técnicas de tratamento de água - 2 vol, ABES, Rio
de Janeiro, 498 p.
MATSUMOTO, T. & GUILHERME, C. M. (2000) – Comportamento do Decanto-
Floculador de Manta de Lodo e Decantador de Alta Taxa no Tratamento de Água de
Abastecimento Utilizando Sulfato de Alumínio e Diferentes Polieletrólitos - In:

CONGRESO INTERAMERICANO DE INGENIERIA SANITARIA Y AMBIENTAL,
XXVII, Porto Alegre, Brasil, Anais em CD-ROM.
TANGERINO, E.P., MATSUMOTO, T. & DALL'AGLIO SOBRINHO (1998) -
Floculador de manta de lodo associado a decantador laminar em tratamento de água - In:
CONGRESO INTERAMERICANO DE INGENIERÍA SANITÁRIA Y AMBIENTAL
(AIDIS), XXVI, 01 a 05 de novembro de 1998, Lima, Peru. (Trabalho aceito para
apresentação)
VIANNA, M. R. (1992) - Hidráulica Aplicada às estações de Tratamento de Água - 1 ed.
Belo Horizonte - MG: Instituto de Engenharia Aplicada Editora, 344 p.