O presente trabalho analisou a sorção (absorção e adsorção) de íons metálicos (principalmente Cu, Zn, Ni) e poluentes orgânicos por subprodutos do beneficiamento do carvão (SBC) do Rio Grande do Sul e sua separação da solução por flotação por ar dissolvido (FAD). Esse conjunto de técnicas, denominado flotação de partículas sorventes (FPS), foi estudado em escala de bancada e piloto como alternativa para a remoção-separação desses metais pesados dissolvidos em soluções sintéticas diluídas e efluentes industriais. O sólido sorvente utilizado foi devidamente selecionado entre os diversos produtos existentes (rejeitos de jigagem de várias camadas) e caracterizado desde o ponto de vista químico, morfológico, mineralógico, petrográfico e interfacial (sólido/líquido). A sorção foi estudada em função do pH do meio, granulometria, curvas de acumulação e parâmetros cinéticos. O mecanismo de sorção dos íons metálicos foi estudado em detalhe através de isotermas de sorção, microscopia eletrônica de varredura, força atômica e potencial zeta. A complexação interfacial entre as espécies hidrolisadas Me(OH)+ e a superfície negativamente carregada dos silicatos (principalmente caulinita) e vitrinita mostrou ser o principal mecanismo envolvido. A sorção dos íons Cu, Zn e Ni em função do pH e da formação das espécies hidrolisadas ocorre em valores de pH superiores a 5 para Cu e Zn e acima de pH 9 para Ni. Em relação à cinética de sorção, tempos de contato em torno de 7 min foram suficientes para alcançar uma elevada eficiência de remoção de íons metálicos. Isotermas de sorção apresentaram valores de saturação da ordem de 70 mg.g-1 para soluções contendo Cu, Zn e Ni simultaneamente e pH 9,5; 16 mg.g-1 para soluções contendo somente Cr-+3; 650 mg.g-1 para óleos e 46 mg.g-1 para corantes (azul de metileno). Estudos microscópicos permitiram caracterizar a estruturas das diferentes espécies que compõem o sólido e as variações na superfície do SBC antes e após sorção. Foram realizados estudos de otimização do sistema FAD considerando fatores físicoquímicos e operacionais. Foi descoberta uma forma de geração de microbolhas em baixas pressões de saturação (< 3 atm.) pela redução da tensão superficial da água no saturador. A redução da tensão superficial do líquido diminui a fricção no constritor de fluxo permitindo a cavitação a baixas pressões. Essa técnica diminui o consumo energético do processo de saturação, um dos maiores custos operacionais da FAD. A zona de separação da célula de flotação foi modificada introduzindo um segundo difusor de ar tipo “cogumelo”. Esse artifício possibilitou a captura de agregados de partículas que normalmente sedimentam em função do peso ou de unidades bolha-partícula que se rompem. O processo FPS-FAD (piloto) foi aplicado à remoção de íons Cu, Zn, Ni e Cr+3 em soluções sintéticas diluídas e efluentes de galvanoplastia. Valores superiores a 90% foram obtidos com soluções sintéticas. Por outro lado, o nível de remoção observado nos ensaios de sorção em efluentes sintéticos não foi atingido na operação do sistema com efluente industrial. Nesse caso, a presença de metais complexos, óleos e colóides diminuiu a eficiência do processo FPS-FAD. Conclui-se que a alternativa tecnológica estudada demonstrou eficiência no tratamento de efluentes líquidos contendo baixas concentrações de poluentes (melhor, na ausência de complexos e quelatos). A alta área superficial do SBC ICA, capacidade de sorção de poluentes (metais pesados, óleos e corantes), o baixo custo envolvido (basicamente moagem e transporte) sua abundância (6000 t/mês) conferem ao sólido um grande potencial de aplicação e vantagens econômicas. Por último, as modificações no “design” da unidade FAD deverão produzir significativos benefícios operacionais e no custo global do processo pré-avaliado em 0,69 US$/m3 para uma unidade com geração diária de 100 m3 de efluente. / The present work studied the removal of heavy metal ions (mainly Cu, Zn and Ni) organic compounds by sorption (absorption and adsorption) onto a coal beneficiation tailing from the coal industry of Rio Grande do Sul and its separation by dissolved air flotation (DAF). This technique, named adsorptive particulate flotation (APF), was studied in laboratorial and pilot scale as an alternative for pollutants removal and separation from synthetic solutions and industrial wastewaters. The sorbent material used in this work was selected from different byproducts (jigging refuses) and its morphological, mineralogical, chemical, physical and interfacial (solid/liquid) characteristics were studied in detail. Sorption studies were carried out as function of pH, particle size, isotherm curves and kinetics. Mechanisms involved in sorption were investigated through sorption isotherms, zeta potential, scanning electron and atomic force microscopy. The most important sorption mechanism is considered to be the interfacial complexation between the hydrolyzed species Me(OH)+ and the negatively charged silicates and vitrinite surfaces. The sorption of Cu, Zn and Ni as a function of pH and hydrolyzed species formation was found to occur at pH values higher than 5 for Cu and Zn, while Ni sorption was found to occur at pH values higher than 9. Concerning kinetics, residence time of 7 min allowed the process to achieve high ions removal efficiency. Sorption isotherms showed saturation values of the order of 70 mg.g-1for heavy metal ions (Cu, Zn and Ni at pH=9.5), 16 mg.g-1 Cr-3, 650 mg.g-1 for oils and 46 mg.g-1 for dyes (methylene blue). Microscopic techniques were used to study the different SBC ICA compounds mineralogical structures and the surface variations before and after sorption. The dissolved air flotation process was improved considering physical, chemical and operational parameters. The bubble generation system was optimized using an innovative procedure of decreasing the liquid interfacial tension in the saturation vessel. This technique allows the DAF system to operate with low saturation pressures (<3atm), which decreases de energy operational costs. Further, studies were conducted changing the flotation cell design. A “mushroom” type diffuser was installed in the separation zone and better performance was obtained. This modification enhances the collection of fragile coagula by bubbles, avoiding aggregate rupture and settling. The APF process was applied for the removal of Cu, Zn, Ni and Cr+3 ions from synthetic and industrial wastewaters. In general, the removal efficiency achieved in batch sorption experiments with synthetic solutions was also found in the pilot operation with industrial effluents. However, it was observed that heavy metal complexes and oils interfere in the sorption. It is concluded that the process alternative studied in this work demonstrated high efficiency for the removal of low concentration pollutants in wastewaters treatment. Because of the high SBC ICA surface area, the pollutants affinity and high sorption values (heavy metal ions, oils and dyes) and the solid availability (6000 t/month), these tailings present high potential as sorbing material at a low cost. Finally, the modifications in the DAF cell design lead the process to operational advantages and cost reduction. The global cost was pre-evaluated in 0.69 US$/m3 for a wastewater plant with an effluent generation of 100 m3/day.

Foram estudados processos integrados para o tratamento e reciclagem de água de um lava rápido comercial (LRC) e de efluentes de um posto de manutenção de locomotivas (PML), em nível de bancada e piloto. Os processos envolvidos foram a floculação-flotação em coluna, seguida de filtração em areia (FFC-A) e polimento com hipoclorito de sódio e adsorção em carvão ativado. A caracterização dos efluentes do LRC, com amostras coletadas afluentes de um separador (caixa) água-óleo – SAO, analisou concentrações médias de surfactantes de 20 mg.L-1 (dez vezes superiores ao limite de emissão local – 2 mg.L-1), baixas tensões superficiais (33 mN.m-1), cargas orgânicas moderadas (DQO = 239 mg.L-1 e DBO = 104 mg.L-1) e concentrações de coliformes totais de 2,4E+06 N.M.P.100mL-1 e de E. coli de 5,2E+02 N.M.P.100mL-1. O estudo de reciclagem de água no LRC foi dividido em duas campanhas. Na Campanha 1, com o processo FFC-A, a água de reúso apresentou uma alta clarificação (turbidez = 8 NTU). Entretanto, os resultados mostraram uma tendência de aumento tanto da concentração da DBO como da condutividade do efluente em função dos ciclos de água. Foi verificada ainda, uma alta concentração de coliformes totais e de E. coli no efluente, que foram causadores, entre outros fatores, de maus odores na pista de lavagem. Na Campanha 2, com a inclusão de uma cloração final (hipoclorito de sódio) ao tratamento proposto (FFC-AC), os coliformes totais e E. coli foram reduzidos em 92 e 96%, respectivamente, e além da elevada clarificação na água de reúso (turbidez média de 10 NTU), os odores não foram perceptíveis. Ao longo de todo o estudo no LRC, um percentual de reciclagem de água próximo a 70% foi alcançado, com mais de 2800 carros lavados usando um volume médio de 130 L por veículo. As principais vantagens do sistema incluíram a redução de emissão de efluentes na rede de drenagem pluvial e do consumo de água potável, utilizada apenas no enxágue final dos veículos como água de makeup. O risco microbiológico do efluente e da água de reúso do LRC foi estimado com a utilização de um modelo do tipo beta-Poisson e o micro-organismo E. coli como agente etiológico. Os resultados mostraram que, em um cenário de exposição dos usuários (clientes) do LRC, o risco foi sempre baixo. Entretanto, esse risco foi relativamente alto (1,0E-01, no caso do efluente e 3,7E-03, para a água de reúso) para os operadores. Um limite de 200 N.M.P.100 mL-1 de E. coli na água de reúso foi proposto para que o risco aos operadores seja aceitável (10-3) e uma dosagem de hipoclorito de sódio em concentrações entre 15 e 20 mgCl2.L-1 (obtida em estudos de bancada) foi sugerida para atingir este nível de desinfecção. A partir deste aprimoramento da dosagem de cloro e testes de jarros em laboratório com diferentes reagentes (polímero base tanino – PBT e cloreto de polialuminio – PAC), foi aplicado um balanço de massa para estimar as concentrações de parâmetros de qualidade na água de reúso com o aumento do número de ciclos de água. Os resultados indicaram que, para 70% de reciclagem de água, as concentrações de SDT e de íons cloreto estabilizaram a partir do 40° ciclo para os dois reagentes avaliados e foram menores que os valores limites de referência da literatura (SDT = 1000 mg.L-1 e íons cloreto = 400 mg.L-1), sugerindo um baixo potencial corrosivo desta água tratada. Uma pré-avaliação econômica operacional do sistema de reciclagem de água mostrou que o payback do equipamento FFC-A poderia ocorrer em um tempo próximo de 62 meses. Com relação aos estudos realizados no PML, foram observadas as seguintes características do efluente: pH alcalino, baixa biodegradabilidade, elevada carga orgânica (DQO = 1608 mg.L-1 e DBO = 525 mg.L-1) e de surfactantes (17 mg.L-1) e a presença de micro-organismos fecais (E. coli = 2,4E+05 NMP.100mL-1). O efluente não atendeu aos padrões de emissão local dos parâmetros pH, DBO, DQO, SST, óleos e graxas, surfactantes, sulfetos e fósforo, o que mostra um alto potencial poluidor aos corpos receptores. O tratamento proposto em nível piloto, com etapas de equalização, coagulação e processo FFC-A, foi altamente eficiente na remoção/redução dos parâmetros: turbidez (97%), SST (91%), DQO (76%), DBO (70%), fósforo (80%), nitrogênio (57%), sulfeto (76%) e óleos e graxas (51%). Com exceção a DQO, DBO e surfactantes, os demais parâmetros de qualidade monitorados foram enquadrados nos limites de emissão, sendo que um polimento com carvão ativado (3 kg.m-3, pH 7 e tr = 30 min), em nível de bancada, possibilitaria o enquadramento de todos os parâmetros analisados do efluente final aos limites de emissão locais (Resolução Consema n.° 128/2006). Os estudos de cloração com hipoclorito de sódio em laboratório indicaram uma dosagem de cloro muito elevada (200 mg.L-1) para assegurar uma desinfecção efetiva do efluente tratado no PML. Acredita-se que o presente trabalho contribuiu para o embasamento técnico de processos e para a definição de parâmetros específicos de qualidade de água de reúso na lavagem de veículos, contribuindo para a elaboração de leis com parâmetros de controle de qualidade e propiciando informação técnica aos setores acadêmicos e produtivos. / This work presents studies integrating processes for the wastewater treatment and water reuse in a commercial car wash (CCW) and locomotives maintenance station (LMC), at bench and pilot scales. The processes consisted of a flocculation column-flotation, followed by sand filtration (FCF-S) and polishing with sodium hypochlorite and/or adsorption on activated carbon. The characterization of the wastewater of the CCW, with samples collected after an oil-water separator device (API) showed mean concentrations values of surfactants of about 20 mg.L-1 (ten times higher than the local emission limit – 2 mg.L-1), low surface tension (33 mN.m-1), moderate organic load (DQO = 239 mg.L-1 e DBO = 104 mg.L-1) and high concentrations of total coliforms (2,4E+06 N.M.P.100mL-1) and E. coli (5,2E+02 N.M.P.100mL-1). The application of water recycling at the CCW was divided into two distinct campaigns. Campaign 1, with the FCF-S process, yielded a reclaimed water with high clarification (turbidity = 8 NTU). Yet, results showed a trend of buildup both in the concentration of BOD and conductivity of the feed wastewater as a function of water cycles. It was also observed a high concentration of total coliforms and E. coli in the wastewater, which were the cause, among other factors, of odors at the car wash pit. In Campaign 2, with the inclusion of a final chlorination (FCF-SC), the total coliforms and E. coli were reduced by 92 and 96%, respectively (2 log removal), in addition to the high clarification of the reclaimed water (average turbidity of 10 NTU), the odors were not noticeable. During the whole study at the LRC, a percentage of water recycling close to 70% was reached for more than 2700 cars washed with an average volume of 130 L per vehicle. The main advantages of the system included the reduction of both: wastewater emission in the storm water drainage network (there was no discharge during both campaigns) and consumption of fresh water, used only in the final rinse of the vehicles as makeup water. The microbiological risk of wastewater and reclaimed water of the CCW was estimated using a beta-Poisson model and the microorganism E. coli as the etiological agent. The results showed that in an exposure scenario of users (customers) of the CCW, the risk was always low. However, these risks were relatively high (10-3 in the case of the wastewater and 10-3 for the reclaimed water) for the operators. Thus, a limit of 200 CFU.100mL-1 of E. coli in the reclaimed water has been proposed so that the risk is acceptable to the operators (10-3) and a dose of sodium hypochlorite at concentrations between 15 and 20 mgCl2.L-1 (obtained in bench-studies) was suggested to reach this level of disinfection. After determining chlorine dosage and after jar-tests at laboratory with different reagents (tannin based polymer - TBP and polyaluminium chloride - PAC), it was applied a mass balance to estimate the concentrations of water quality parameters in the reclaimed water with increasing water cycles. The results indicated that, by fixing the percentage of water recycling at 70%, the TDS and chloride concentrations stabilized after 40 water cycles for the two evaluated reagents and these values were lower than literature reference limits (TDS = 1000 mg.L-1 and chloride = 400 mg.L-1), suggesting a low corrosion potential of this treated water. A preliminary economic-operational assessment of the proposed water recycling system showed that the payback of the FCF-S equipment could occur within a period of time close to 62 months. Regarding the studies at the LMS, the following characteristics of the wastewater were observed: alkaline pH, low biodegradability, high organic load (COD = 1608 mg.L-1 and BOD = 525 mg.L-1);17 mg.L- 1 surfactants concentration and the presence of coliform organisms (E. coli = 2,4E+05 NMP.100mL-1). Thus, the wastewater did not meet the local emission limits of the parameters pH, BOD, COD, TSS, oil and grease, surfactants, phosphorus and sulfide, which shows a high pollution potential for the receiving water bodies. The treatment conducted at pilot-scale, with stages of equalization, coagulation and FCF-S process resulted in a high efficiency for the removal/reduction of the parameters: turbidity (97%), TSS (91%), COD (76%), BOD (70 %), phosphorus (80%), nitrogen (57%), sulfide (76%) and oil and grease (51%). With the exception of COD, BOD and surfactants, other monitored parameters were below the standard emission limits, and a polishing stage with activated carbon (3 kg.m-3, pH 7 and 30 min of contact), at bench level, would allow a discharging water having those parameters meeting the local environmental standards. The breakpoint chlorination studies in laboratory indicated a very high dosage of chlorine (200 mg.L-1) to ensure effective disinfection of the treated wastewater in the LMS. This work contributed for technical advances of processes assisting the specification of the quality parameters in reclaimed water for washing vehicles; contribute for the development of legislation on quality control parameters (especially those related to microbiological risks) and provides technical information for the academic and industrial sectors.

Foi realizado um estudo experimental, em nível piloto, comparativo entre os processos de Flotação por Ar Dissolvido com Bomba Multifásica (FAD-B) e Sedimentação Lamelar (SL) no tratamento de água bruta para abastecimento público do município de Canoas-RS. O parâmetro de avaliação desses processos de separação sólido-líquido foi a redução de turbidez de água bruta do Arroio das Garças, da ETA Rio Branco, operada pela Companhia Riograndense de Saneamento (Corsan). Em nível de bancada, foram determinados e otimizados os parâmetros químicos e físico-químicos de agregação (pH do meio, concentração de reagentes e gradientes de velocidade de mistura rápida e lenta) e parâmetros de operação da flotação (taxa de reciclo e pressão de saturação). Os melhores resultados, em nível de bancada, de Coagulação-Flotação FAD foram obtidos em pH na faixa de 6.1 – 6.3, concentração de sulfato de alumínio igual a 30 mg.L-1, valores de G de mistura rápida entre 700 e 1300 s-1, G de mistura lenta igual 80 s-1, 20 % de taxa de reciclo e 4 atm de pressão de saturação de água com ar. A turbidez residual média foi de aproximadamente 2,8 NTU ou 94 % de redução de turbidez inicial. Ainda foi avaliado o efeito do uso de três tipos de polímeros floculantes após coagulação com sulfato de alumínio, na redução de turbidez por FAD, uma poliacrilamida não-iônica (FX NS2) e uma poliacrilamida catiônica (FX CS4) e uma poliacrilamida não-iônica (QEMIFLOC AH1020 PWG); essa última é empregada na operação da ETA Rio Branco. A concentração ótima de polímero encontrada foi de 0,1 mg.L-1, obtendo turbidez residual de 0,6 NTU (redução de turbidez de 97 %). O maior valor de G (110 s-1) de mistura lenta foi o melhor valor na floculação com poliacrilamida não iônica e separação por FAD, enquanto que na separação por sedimentação o melhor valor de G foi 20 s-1. Nos estudos na planta piloto (0,9 – 1,5 m3.h-1 para FAD-B; 0,44 – 1,1 m3.h-1 para SL) na ETA Rio Branco foram empregados tanques de mistura rápida e mistura lenta de agitação mecânica, para as etapas de agregação, e duas linhas de separação sólido-líquido em paralelo, uma composta por equipamento SL e outra por um sistema de FAD-B (flotador de alta taxa, tipo coluna). Na primeira fase de estudos em planta piloto, foram avaliadas as eficiências de separação dos sólidos em suspensão (turbidez media de 25 NTU) de ambas as técnicas em diferentes taxas de aplicação superficial (TAS) empregando coagulante sulfato de alumínio como único reagente. A FAD-B apresentou uma muito boa eficiência de separação em todos os níveis estudados de TAS e baixa turbidez na água bruta (10-25 NTU), alcançando valores de turbidez residual entre 2,1 e 2,9 NTU, menores que a meta técnica de operação empregada na ETA Rio Branco (5 NTU). Os coágulos formados com sulfato de alumínio apresentaram baixa taxa de sedimentação, dificultando a operação no processo SL. Os melhores resultados na SL, em termos de turbidez residual da água tratada, foram obtidos com o valor de TAS de 2 m3.m-2.h-1 (4 NTU), para maiores vazões houve um grande arraste de partículas na corrente de água tratada do SL. Na segunda fase de estudos piloto, foi avaliado o uso de poliacrilamida não iônica na agregação, após coagulação com sulfato de alumínio, com uma água bruta contendo elevados valores de turbidez (35 – 41 NTU). No caso da FAD-B foram estudados três níveis de concentração de polímero (0; 0,03 e 0,06 mg.L-1), mantendo a TAS constantes em 9 m3.m-2.h-1. Uma TAS de 3 m3.m-2.h-1 foi empregada nos ensaios de SL com concentração de polímero igual a 0,06 mg.L-1. Foram discutidos e analisados aspectos técnicos de ambos os processos e, em função das vantagens da FAD-B, são previstas aplicações eventuais em unidades compactas de tratamento de água para abastecimento público rural ou urbano. Foi proposto um procedimento de projeto de unidade de coagulação-flotação, para uma ETA compacta, com capacidade de abastecimento de uma comunidade 2.000 habitantes (48 m3.h-1). A unidade (agregação-flotação para o tratamento físico-químico) foi projetada para operar com uma TAS de 15 m3.m-2.h-1 e ocupando uma hipotética área total de 30 m2, com área útil de flotação igual a 3,2 m2. As estimativas de custos consideraram valores de mercado para investimento (equipamentos e instalações), e no caso dos custos operacionais: reagentes, energia elétrica, mão de obra e manutenção. Os valores de implantação ficaram próximos a US$ 55.000 (± 10 %) e os custos operacionais apontaram um valor de US$ 0.165 por metro cúbico de água tratada (± 10 %). Concluiu-se que o trabalho atingiu as metas técnicas propostas e contribuiu para a discussão envolvendo a eventual utilização de FAD ou FAD-B no tratamento de águas para abastecimento público. / An experimental study was conducted, at pilot-scale, comparing Dissolved Air Flotation with a Multiphasic Pump (DAF-P) and Lamellar Sedimentation (LS), for the treatment of raw water for public supply in Canoas-RS. These solid-liquid separation processes were evaluated by the reduction of turbidity of the water from Arroio das Garças-Rio Branco Water Treatment Plant (WTP), operated by the local state company (Corsan). Studies at bench-scale determined and optimized chemical and physico-chemical parameters of aggregation (pH, reagents concentrations and velocity gradients for rapid and slow mixing) and the flotation operation parameters (recycle ratio and saturation pressure).The best results of Coagulation-Flotation-DAF, at bench-scale, were obtained in the pH range of 6.1 - 6.3, with 30 mg.L-1 aluminum sulfate, 700 and 1300 s-1 for the rapid mixing G values, 80 s-1 for the slow mixing, 20 % recycling ratio and 4 atm saturation pressure (air into water). The mean residual turbidity was 2.8 NTU, approximately, or 94 % reduction of the initial turbidity. It was also evaluated the effect of three types of flocculant polymers after coagulation with aluminum sulfate, on the reduction of turbidity by DAF, a non-ionic polyacrylamide (FX NS2) and a cationic polyacrylamide (FX CS4) and a non-ionic polyacrylamide (QEMIFLOC AH1020PWG), the latter is usually employed in the operation of the WTP. The optimal concentration of polymer was found to be 0.1 mg.L-1, yielding a residual turbidity of 0.6 NTU (turbidity reduction of 97 %). The larger value of G (110 s-1) for slow mixing was the best value in the flocculation with the nonionic polyacrylamide and separation by DAF, while in the separation by sedimentation, the best value was 20 s-1. In the pilot plant studies (0.9 to 1.5 m3.h-1 for DAF-P; 0.44 to 1.1 m3.h-1 for LS), rapid and slow mixing mechanical agitation tanks were employed for the aggregation steps, as well as two solid-liquid separation lines (in parallel), one composed by a LS equipment and the other by a DAF-P equipment (high rate flotation, column type). In the first stage, the efficiency of separation of suspended solids (mean turbidity of 25 NTU) was assessed at different hydraulic loads (HL), using aluminum sulfate as single coagulant reagent. The DAF-P showed a very good separation efficiency at all levels of HL studied and in low turbidity raw water (10-25 NTU), reaching residual turbidity values between 2.1 and 2.9 NTU, lower than the technical goal of operation utilized in Rio Branco WTP (5 NTU). The coagulated particles formed with aluminum sulfate showed low sedimentation rate, hindering the operation of the LS process. The best results in LS, in terms of residual turbidity of the treated water, were obtained with the HL value of the 2 m3.m-2.h-1 (4 NTU), and for higher flow rates there was a great entrainment of particles in the treated water stream from the LS. In a second stage the addition of a non-ionic polyacrylamide on the aggregation after coagulation with aluminum sulfate, with raw water containing high turbidity values (35-41 NTU) was studied. In the case of DAF-P, three levels of polymer concentration (0, 0.03 and 0.06 mg.L-1) were studied, maintaining the HL constant at 9 m3.m-2.h-1. A HL of 3 m3.m-2.h-1 was used in the LS trials with a polymer concentration equal to 0.06 mg.L-1. Results of DAF-P showed a slightly lower separation efficiency due to the lower loading capacity (lifting power) of the very large and bulky flocs by bubbles. However, the greater sedimentation of these flocs favored the LS, which increased a little the rate of separation with the use of flocculant polymer in comparison to the results of the first phase of study, reaching values of residual turbidity of 5.6 NTU, with a with high turbidity raw water (45 NTU). The technical aspects of both processes were discussed and analyzed, and because the advantages of DAF-P, possible applications of water treatment with compact units were considered. Thus, a design project for a coagulation-flotation unit for a compact WTP was proposed, with capacity to supply a community with 2.000 inhabitants (48 m3.h-1). The unit (aggregation-flotation for the physical-chemical treatment) was designed to operate with a HL of 15 m3.m-2.h-1 and occupying a hypothetical total area of 30 m2 (flotation area equal to 3.2 m2). The cost estimates considering market values for investment (equipment and facilities), and operating costs, such as: reagents, electricity, manpower and maintenance. The deployment values were close to US$ 55.000 (± 10%) and operating costs showed a value of US$ 0.165 (± 10%) per cubic meter of treated water. It was concluded that the work reached the technical proposed goals and contributed to the discussion involving the possible use of DAF or DAF-P in the treatment of water for public supply.

Orientador: Ranulfo Monte Alegre / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-11T12:03:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_JacquelineFiuzados_D.pdf: 944991 bytes, checksum: be9d470f417d964bcd97a0494f5f0412 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O presente trabalho teve como objetivo desenvolver e avaliar o desempenho de um flotador utilizando uma pedra porosa inserida na garganta de um Venturi modificado para formação de bolhas de ar, utilizadas para flotar partículas suspensas de leite após ajuste do pH a aproximadamente 4,6, no qual ocorre o ponto isoelétrico das proteínas do leite implicando na precipitação das mesmas. O uso do Venturi dispensa o uso de compressores e válvulas de redução de pressão para formação das bolhas de ar, essenciais na operação de flotação. Foram realizados ensaios em sistema descontínuo e contínuo para diferentes tempos de flotação, diferentes vazões de reciclo de água residuária (QL) e de ar (Qar). A eficiência do sistema foi avaliada através da determinação da concentração de sólidos suspensos de leite floculado no afluente e no efluente do equipamento. Os resultados encontrados demonstraram que o flotador foi eficiente para remoção de partículas sólidas floculadas de água residuária láctea sintética tanto em sistema descontínuo quanto em contínuo, apresentando, respectivamente, eficiências máximas de separação de sólidos em torno de 100% e 70%. Portanto, os experimentos realizados em sistema descontínuo apresentaram melhores eficiências de separação de sólidos / Abstract: The objective of this work was to develop and evaluate the performance of a flotator with a porous stone inserted in the modified Venturi throat for bubbles air formation, used to float suspended particles of milk after settlement of the pH to approximately 4.6, in which occurs the milk proteins isoeletric point implying in the proteins precipitation. The use of the Venturi excuses the use of steam and pressure reduction valves for bubbles air formation, essential in the flotation. It was carried out experiments in batch and continuous system for different flotation times, different wastewater recycle flow rates (QL) and air flow rates (Qar). The system efficiency was evaluated through the determination of the suspended solids concentration of the flocculated milk in the affluent and effluent of the equipment. The results found showed that the flotation equipment was efficient for flocculated solid particles removal from synthetic milky wastewater in batch and continuous system, with maximum solids separation efficiencies around 100% and 70%, respectively. Therefore the experiments carried out in batch system presented better solids removal efficiencies / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Este trabalho aborda a molhabilidade de apatita por água em temperatura ambiente (20-25°C) objetivando contribuir para um melhor entendimento de seu comportamento em sistemas de flotação. Água, devido às fortes forças atrativas entre suas moléculas, não espalha completamente sobre sólidos de baixa energia como apatita pré-tratada com surfatantes aniônicos de cadeia longa. Este comportamento é explorado por engenheiros de processamento mineral para separar apatita de minerais de ganga via flotação aniônica direta em circuitos industriais ao redor do mundo. Nesta tese, a molhabilidade de apatita (tratada ou não com oleato de sódio-NaOl em pH=10,5) foi caracterizada pelo ângulo de contato de avanço da água (TETAa), trabalho de adesão (Wa) da água sobre apatita e coeficiente de espalhamento (S) de água sobre o sólido. Medidas diretas de TETAa sobre os planos frontal (010) e basal (001) de um cristal de apatita bem definido proveniente de Ipirá- BA (apatita-Ipirá) foram executadas pelo Método da Bolha Cativa (MBC), enquanto determinações indiretas de TETAa foram realizadas pelo Método da Ascensão Capilar (MAC) através da percolação de líquidos (água e/ou metanol) através de leitos partículas de apatita-Ipirá ou apatita-Cajati (proveniente de Cajati-SP). No MAC, o uso de hexano foi adequado para determinar a magnitude da constante de empacotamento (c) para partículas de apatita de baixa molhabilidade (TETAa>>0°), enquanto que a água se mostrou mais apropriada para ser usada na determinação da constante c para partículas de apatita não tratadas com surfatantes (TETAa~0o). Ensaios de microflotação foram conduzidos com apatita-Ipirá em pH=10,5 e com NaOl (0-75mg/L) enquanto ensaios de flotação gama foram executados com minério de fosfato proveniente de Cajati-SP previamente tratado com amido (37,5mg/L) e alquil sarcosinato de sódio-Berol®867 (25mg/L) em pH=10,6. Os resultados das medidas de TETAa e dos ensaios de microflotação indicaram uma relação de causa-efeito entre a concentração de NaOl (0-75mg/L), molhabilidade de apatita-Ipirá e sua resposta à microflotação: as maiores recuperações foram obtidas com as maiores concentrações do coletor NaOl, maiores valores de TETAa, menores valores de Wa e valores mais negativos de S. Os valores de TETAa diretamente medidos sobre as faces de um cristal de apatita-Ipirá pelo MBC mostrou que NaOl adsorve preferencialmente sobre o plano (010) comparado ao plano (001). Além disso, a tensão superficial crítica de molhabilidade (GAMAc) da apatita-Ipirá, pré-tratada com 75mg/L de NaOl, foi de 30,2erg/cm2 para o plano (001) versus 29,6erg/cm2 para o plano (010). Após serem condicionadas com reagentes de flotação (amido=37,5mg/L e Berol®867=25mg/L em pH=10,6) e flotadas em estágio rougher, partículas de apatita-Cajati exibiram TETAa=64.2°±1.1°. O valor de GAMAc, determinado via experimentos de flotação gama foi GAMAc~34,5erg/cm2; enquanto GAMAc determinado por diagramas cosTETA x GAMALV foi de GAMAc~33,9erg/cm2. Os resultados de flotação gama com o minério de fosfato de Cajati mostrou um platô de máxima recuperação de apatita (95-98%) quando 52,7erg/cm2<GAMALV<72,9erg/cm2. Ao contrário da apatita, a recuperação dos minerais de ganga (silicatos e carbonatos) foi estritamente ascendente com o aumento de GAMALV. A maior Eficiência de Separação apatita/ganga (E.S. = recuperação de apatita menos a recuperação de ganga) foi obtida em GAMALV=50,5erg/cm2 para apatita/silicatos e em GAMALV=51,4erg/cm2 para apatita/carbonatos. Os resultados dos experimentos de flotação gama indicaram que, no circuito industrial de Cajati-SP, GAMALV pode ser modulada pela dosagem do coletor, e sua magnitude pode guiar engenheiros na tomada de decisões a respeito da dosagem de coletor que promova a maior seletividade de separação apatita/ganga. Entretanto, a falta de instrumentos apropriados para realizar medidas on-line confiáveis de GAMALV tem impedido a execução destas medidas em circuitos industriais. Deste modo, decisões a respeito da dosagem do coletor feitas pelos engenheiros continuam a ser baseadas em uma abordagem empírica ao invés de científica. / This work approaches the wetting of apatite by water at room temperature (20-25°C) aiming at to contribute towards a better understanding of its behavior in flotation systems. Water, because of its powerful attractive forces, does not readily spread over the surface of low energy solids as apatite pre-treated with anionic long chain surfactants. This behavior is exploited by mineral processing engineers to separate apatite from gangue minerals via direct anionic flotation in industrial plants around the world. In this thesis, the wettability of apatite (treated or not with sodium oleate- NaOl at pH=10.5) was characterized by the advancing water contact angle (TETAa), work of adhesion (Wa) of water to apatite and the spreading coefficient (S) of water over the solid. Direct measurements of TETAa on either frontal-(010) or basal-(001) planes of a well formed apatite crystal from Ipirá-BA (apatite-Ipirá) were carried out via Captive Bubble (CB) method, whereas indirect determinations of TETAa were accomplished via Capillary Rise (CR) method by means of percolation of liquids (water and/or methanol) through particle beds of apatite-Ipirá and apatite-Cajati (from Cajati-SP). At CR method, the use of hexane was adequate to determine the magnitude of packing constant (c) for apatite particles of low wettability (TETAa>>0o), whereas water proved to be more appropriate to be used in the determination constant c for apatite particles non-treated with surfactants (TETAa~0o). Microflotation tests were conducted with apatite-Ipirá at pH=10.5 with NaOl (0-75mg/L) whereas gamma flotation tests were carried out with phosphate ore from Cajati-SP previously treated with starch (37.5mg/L) and sodium alkyl sarcosinate-Berol®867 (25mg/L) at pH=10.6. Results from measurements of TETAa and microflotation experiments indicated a cause-effect relationship between concentration of NaOl (0-75mg/L), wettability of apatite-Ipirá and its microflotation response: the highest recoveries were yielded at higher concentration of collector NaOl, higher values of TETAa, lower values of Wa and more negative the values of S. Values of TETAa directly measured on the faces of a crystal of apatite-Ipirá by CB method showed that NaOl adsorbs preferentially onto (010) plane compared to (001) plane. Moreover, the critical surface tension of wettability (GAMAc) of apatite-Ipirá, pre-treated with 75mg/L of NaOl, was 30.2erg/cm2 for (001)-plane versus 29.6erg/cm2 for (010)-plane. After being conditioned with flotation reagents (starch=37.5mg/L and Berol®867=25mg/L at pH=10.6) and floated at rougher stage, particles of apatite-Cajati exhibited TETAa=64.2o±1.1o. The value of GAMAc, determined via gamma flotation experiments was GAMAc~34.5erg/cm2; whereas GAMAc determined by cosTETA x GAMALV plots was GAMAc~33.9erg/cm2. Results from gamma flotation experiments with phosphate ore from Cajati showed a plateau of maximum apatite recovery (95-98%) when 52.7erg/cm2<GAMALV<72.9erg/cm2. Unlike apatite, the recovery of gangue minerals (silicates and carbonates) was strictly ascending when GAMALV was increased. The highest Efficiency of Separation apatite/gangue (E.S. = recovery of apatite minus recovery of gangue) was attained at GAMALV=50.5erg/cm2 for apatite/silicates and at GAMALV=51.4erg/cm2 for apatite/carbonates. The results from gamma flotation experiments indicate that, at the industrial plant of Cajati-SP, GAMALV can be modulated by collector dosage, and its magnitude can provide guidance to practitioners to make decision on collector dosage to achieve a desired value of GAMALV which promotes the best selectivity of the separation apatite/gangue. Notwithstanding, the lack of suitable instruments to accomplish on-line reliable measurements of GAMALV has been hindering the implementation of those measurements at industrial circuits. This way, decisions on collector dosage made by practitioners continue to be based rather on empirical than on scientific approach.

Diferentes estratégias de flotação (reagentes, pH e rota) têm sido utilizadas na separação entre apatita e carbonatos em todo o mundo. Há evidências na literatura de que a cristalinidade afeta a flotação de apatitas e calcitas com oleato de sódio. Além disso, a dissolução dos sais semi-solúveis pode influenciar a interação entre a superfície dos minerais e os reagentes de flotação, uma vez que o mecanismo de adsorção mais importante é a precipitação de oleato de cálcio na interface sólido/líquido. Portanto, o objetivo deste trabalho é investigar a relação entre cristalinidade, cinética de dissolução e resposta à flotação de apatitas e calcitas de diferentes gêneses (ígnea, metamórfica e sedimentar) e origens. Quatro tipos de minerais foram utilizados: purificados a partir de minérios, previamente purificados, naturalmente puros e amostras de coleção. As amostras foram caracterizadas por fluorescência de raios-X e microanálise (WDS/EDS). Características físicas como densidade (d), área superficial (S) e porosidade (P) também foram determinadas. O método de Rietveld aplicado à difração de raios-X foi usado tanto para comprovar a pureza das amostras como para estudar a cristalinidade dos minerais por meio da determinação dos parâmetros de rede (distâncias a e c, e volume da cela unitária- VCU), além do grau de cristalinidade (GC), tamanho de cristalito (TC) e microdeformação (MD). Ensaios de dissolução, conduzidos na ausência de CO2, forneceram a quantidade (mol) de íons Ca2+ (nCa2+) dissolvidos em função do tempo (t) e normalizada em relação à área superficial. Os resultados se ajustam a um modelo de primeira ordem: nCa2+ = Ca2+MAX(1- e-kt). Este procedimento permitiu calcular os valores da quantidade máxima de íons Ca2+ dissolvidos (Ca2+MAX), bem como da constante cinética (k). Além disso, a velocidade de dissolução foi determinada para a etapa rápida (VR), que caracteriza o início da reação, e para a etapa lenta (VL), que ocorre nas proximidades do estado estacionário. A resposta à flotação com oleato de sódio foi determinada por meio de experimentos de microflotação. Várias relações de causa e efeito são encontradas: flotabilidade (F) versus VR, e VR versus características intrínsecas (parâmetros de rede, de cristalinidade e físicos). VR foi selecionado para participar de tais modelos, pois, caracteriza o intervalo de tempo em que o condicionamento (1 minuto) e a microflotação (1 minuto) ocorrem. Observa-se que a flotabilidade dos minerais aumenta com o aumento de VR, sugerindo que apatitas e calcitas que disponibilizam mais íons Ca2+ em solução para interagir com o oleato, exibem mais elevada flotabilidade. Equações lineares de F em função de VR em pH 8 (R = 0,97 para apatitas e R = 0,66 para calcitas) e pH 10 (R = 0,95 para apatitas e R = 0,63 para calcitas) foram encontradas. Correlações lineares múltiplas foram utilizadas para relacionar VR (em pH 8 e 10) com as características intrínsecas que exercem maior influência sobre este parâmetro. Para as apatitas, VR foi equacionado em função de GC, TC e c, enquanto para as calcitas, os parâmetros GC, TC, d e P foram selecionados para compor o modelo. Os valores de VR calculados se ajustam aos observados dentro de um intervalo de confiança de 95%. As equações lineares propostas para as apatitas foram usadas para se estimar F das amostras de Anitápolis-SC e Tapira-MG, que não foram submetidas aos ensaios de dissolução. Os valores de F calculados estão em concordância com aqueles experimentalmente determinados. / Different flotation strategies (reagents, pH and route) have been adopted to separate apatite from carbonates around the world. Literature provides evidences that crystallinity affects flotation response of apatite and calcite with sodium oleate. Furthermore, dissolution of salt-type minerals influences the interaction between mineral surface and flotation reagents, because the most important adsorption mechanism is the surface precipitation of calcium oleate onto mineral/water interface. Therefore, the objective of this research is to investigate the relationship between crystallinity, dissolution kinetics and flotation response of apatites and calcites from different genesis (igneous, metamorphic and sedimentary) and origins. Four sorts of minerals were utilized: minerals purified from ores, minerals previously purified, naturally pure minerals and collection samples. They were characterized by X-ray fluorescence and X-ray microanalysis (WDS/EDS). Physical characteristics, as specific gravity (d), surface area (S) and porosity (P), were also determined. The Rietveld method applied to X-ray diffraction data was used either to probe the purity of samples or to study the crystallinity of the minerals by means of determining their lattice parameters (a and c dimensions plus lattice volume-VCU), in addition to crystallinity degree (GC), crystallite size (TC) and microstrain (MD). Dissolution experiments, conducted in the absence of CO2, yielded curves which relate the amount (mol) of dissolved Ca2+ ions (nCa2+) versus time (t), normalized by the surface area. They fit a first order model: nCa2+ = Ca2+MAX(1- e-kt). Curve fitting via exponential adjustment was accomplished to calculate values of the maximum amount of dissolved Ca2+ ions (Ca2+MAX) and the kinetic constant (k). In addition, the dissolution rate was determined for the fast step (VR), which characterizes the beginning of the reaction, and for the slow step (VL), as it tends to the steady state. Flotation response with sodium oleate was determined by microflotation experiments. Several cause-effect relationships are found: floatability (F) versus VR, and VR versus intrinsic characteristics of minerals (lattice, crystallinity and physical parameters). VR was selected to participate in the model because it characterizes the length of time along which reagent conditioning (1 minute) plus microflotation (1 minute) take place. It is observed that F increases as VR becomes greater, suggesting that samples of apatites and calcites which place more Ca2+ ions in solution to interact with oleate exhibit higher flotation performance. Linear equations of F versus VR at pH 8 (R = 0,97 for apatites and R = 0,66 for calcites) and pH 10 (R = 0,95 for apatites and R = 0,63 for calcites) were found. Likewise, multiple linear correlations were used to relate VR (at pH 8 and 10) with the intrinsic characteristics of apatites and calcites that affect VR to a greater extent. For apatites, VR was modeled as a function of GC, TC and c, while for calcites, the parameters GC, TC d and P were selected to compose the model. The calculated VR values fit the experimental ones within 95% of confidence. The linear equations developed for apatites were used to estimate floatability of the samples from Anitápolis-SC and Tapira-MG, which were not submitted to dissolution experiments. The values of calculated floatability are in agreement with the experimental ones.

Introdução Análise da qualidade da água do reservatório Billings, situado na região Metropolitana de São Paulo, em decorrência do bombeamento de água proveniente de duas estações de Flotação experimentais, situadas no rio Pinheiros. Objetivo Analisar parâmetros de qualidade da água revertida para o reservatório Billings, sob o aspecto de poluição e toxicidade, objetivando a utilização deste reservatório para reúso recreacional e também para geração de energia na Usina Henry Borden em Cubatão. Metodologia Para a pesquisa quantitativa foram utilizados dados secundários, coletados ao longo de 22 de agosto de 2007 a 31 de maio de 2008, sendo este o período de funcionamento do sistema de flotação, nos pontos de amostragem convencionais e também nos pontos com monitoramento contínuo, em locais previamente estabelecidos. Resultados A análise indicou que o primeiro ponto de monitoramento dentro da represa sofre os efeitos diretos do bombeamento, o que não se constata nos pontos mais distantes do corpo central do reservatório. Apontou também a presença de alguns contaminantes importantes como chumbo e clorofórmio na água, em quantidade acima do permitido na legislação. Conclusão - A utilização do reservatório para reúso recreacional com contato primário está contra indicada e o bombeamento das águas para geração de energia pode ser mantido, uma vez que a qualidade de água para esta aplicação deverá ter baixa quantidade de sólidos, que são removidos pela flotação. Recomendações - Realização de estudos que contemplem a análise conjunta da influência dos benefícios oriundos do Programa de Despoluição do Tietê, em implantação pela Companhia de Saneamento Básico de São Paulo, e também do sistema de tratamento por flotação. Ajustes operacionais e adequações no sistema de flotação. Mapeamento e identificação de fontes de lançamento de esgotos diretamente no corpo da represa, e eliminação destas emissões clandestinas. Controle rigoroso da ocupação de áreas no entorno da Billings. / Introduction - A quality assessment of the water pumped from two experimental floating plants on the Pinheiros River into the Billings Reservoir, located in the Sao Paulo Metropolitan Region. Objective: To analyze quality parameters of the water pumped into the Billings Reservoir, scrutinizing both pollution and toxicity; with focus on the recreational use of the reservoir as well as generating energy at the Henry Borden Plant in the city of Cubatão. Methodology For the quantitative research, secondary data was collected from August 22, 2007 to May 31, 2008 the functioning period of the flotation systems. The data was gathered in conventional sampling points as well as pre-established continuous monitoring sampling points. Results - The assessment has indicated that the first monitoring point inside the reservoir is affected by the pumping, however, this fact does not occur in distant points located in the reservoirs central body. Some important pollutants such as lead and chloroform showed levels above allowed by law. Conclusion Primary contact for Recreational reuse is not indicated for this reservoir; however, the water pumping for energy generation can be kept, since the water for this application must have low quantities of solids. Recommendation Development of studies that assess both the resulting benefits of the Tiete River Clean-Up Project, implemented by The Sanitation Company of The State of Sao Paulo (SABESP), as well as Flotation Treatment System; Operational adjustments on Flotation System; Identify and eliminate underhand sewage discharged into the reservoir; Strict control of the occupied areas surrounding the Billings reservoir.

Orientador: Carlos Gomes da Nave Mendes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2018-08-03T21:52:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Teixeira_PrisciladaCunha_M.pdf: 1387697 bytes, checksum: c784aacc4ff7aa84b5cf9a9541830d57 (MD5) Previous issue date: 2003 / Mestrado

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Irreplaceable element for life, phosphorus is the main component of apatite, a mineral present in phosphate rock. The increasing in agriculture productivity would not be possible without the use of fertilizers. However, being a non-renewable resource, the phosphorus is susceptible to depletion. The exploitation of economically mineable deposits of phosphate ore leads to large losses of phosphorus in the stage of processing. In contrast, the demand for fertilizers in the country only increases. Currently, more than half of world production of phosphate concentrate is produced by flotation. The column flotation has been adequate to the processing of complex and low grades ores, that is the case of Brazilian deposits, and also fine size ranges. However, difficulty in concentrating ores of igneous origin may be aggravated in the presence of dissolved ions in process water used in flotation, since the recirculated water increases the ionic concentration. According to the literature, the process of concentration of apatite is strongly affected by the presence of ionic species, since they interact with the surface of apatite particles by changing the efficiency of the flotation process. Thus, the aim of this work was to evaluate the influence of water contaminated with ions F-, Ca2 +, Mg2 + and PO43- provides in the performance of apatite flotation or, in other words, in recovery, P2O5 content and selectivity of the process, to the coarse and fine ores carried out in a flotation column. And through central composite design (CCD), the influence of these ions in the apatite recovery and P2O5 content for low and high concentrations of contaminants. The results showed that the individual effect of each ion studied provided a substantial decrease in recovery, with different sensitivity to the size ranges studied. The most expressive decreases in apatite recovery are related to contaminants calcium and phosphate, where the first had a maximum reduction in the recovery of 58 and 51% for the coarse and fine, respectively, since the calcium consume the collector, reducing the amount available for the apatite collection. Phosphate confirms its strong depressant effect on the apatite particles, since for the coarse particles, there was a reduction in maximum recovery of 55% and 59% for the fines. For the contaminant magnesium, it is clear the critical effect on the process selectivity, related to the gangue minerals Fe2O3 and SiO2, since P2O5 content, in the presence of this ion, suffered a considerable decrease (up to 8 percentage points), independent of particle size. Magnesium, that also react with the collector, was responsible for the sharp increase in the consumption of NaOH, used to adjust the pulp pH, reaching up to 4 times higher compared to the standard test. The influence of fluoride ion represented an increase in the ratio of selectivity P2O5/SiO2, especially for the fine material, indicating a possible depressing effect on the silicate gangue. For the CCD, carried out at low contaminants concentrations, it is clear the interactions between calcium and magnesium with phosphate, contributing to the increase in the recovery, and between magnesium and fluoride, which contributed to the increase in the P2O5 content. This behavior is probably due to the fact that these ions form insoluble compounds among them, removing these ionic species from the system. As for the CCD performed to high contaminants concentrations, all the flotation tests resulted in very low values of recovery and grade. This fact may be associated with the formation of colloidal precipitates in large quantities, leading to indiscriminate coating of the mineral particles present, including apatite, preventing the reagents action. / Elemento insubstituível para a vida, o fósforo constitui o principal componente da apatita, mineral presente na rocha fosfática. O crescente aumento da produtividade na agricultura não seria possível sem o uso dos fertilizantes. Entretanto, por ser um recurso não-renovável, o fósforo está suscetível ao esgotamento. A exploração dos depósitos economicamente lavráveis de minério fosfático leva a grandes perdas de fósforo na etapa de beneficiamento. Contrariamente, a demanda por fertilizantes no país só aumenta. Atualmente, mais da metade da produção mundial de concentrado fosfático é produzido por flotação. A coluna de flotação tem se mostrado adequada ao beneficiamento de minérios complexos e de baixos teores, caso das reservas brasileiras, e também de granulometria mais fina. No entanto, a dificuldade em concentrar minérios de origem ígnea pode ser agravada quando em presença de íons dissolvidos na água de processo empregada na flotação, uma vez que a água recirculada aumenta a concentração iônica presente. De acordo com a literatura, o processo de concentração da apatita é fortemente afetado pela presença de espécies iônicas, uma vez que estas interagem com a superfície da partícula de apatita alterando a eficiência do processo de flotação. Sendo assim, este trabalho teve por objetivo avaliar a influência que a água contaminada com os íons F-, Ca2+, Mg2+ e PO43- acarreta no desempenho da flotação em coluna de apatita, ou seja, na recuperação, teor de P2O5 e seletividade do processo, para minério de granulometria grossa e fina, e, por meio de planejamento do tipo composto central (PCC), a influência destes mesmos íons na recuperação e teor de P2O5 para baixas e altas concentrações de contaminantes. Os resultados obtidos permitem concluir que o efeito individual de cada íon estudado proporcionou uma substancial queda na recuperação, apresentando diferente sensibilidade em relação à faixa granulométrica empregada. Os resultados mais expressivos de queda na recuperação são referentes aos contaminantes cálcio e fosfato, onde o primeiro teve uma redução máxima na recuperação de 58 e 51% para o material grosso e fino, respectivamente, em virtude do cálcio consumir o coletor, reduzindo a quantidade disponível para a coleta de apatita. O fosfato confirma seu forte efeito depressor sobre as partículas de apatita, visto que, para os grossos, houve uma redução máxima na recuperação de 55% e de 59% para os finos. Para o contaminante magnésio, fica claro o efeito crítico na seletividade do processo, em relação aos minerais de ganga Fe2O3 e SiO2, uma vez que o teor de P2O5, quando em presença deste íon, sofreu uma considerável queda (até 8 pontos percentuais), independente do tamanho de partícula. O magnésio, além de reagir também com o coletor, foi responsável pelo aumento acentuado no consumo de NaOH, utilizado para regular o pH da polpa, chegando a ser 4 vezes maior, comparado ao teste branco. A influência do íon fluoreto representou um aumento na razão de seletividade P2O5/SiO2, principalmente para o material fino, indicando possível efeito depressor sobre a ganga silicatada. Para o PCC realizado a baixas concentrações de contaminantes, fica evidenciado as interações entre os cátions cálcio e magnésio com fosfato, contribuindo para o aumento da resposta recuperação, e entre magnésio e fluoreto, onde colaborou para o aumento da resposta teor. Este comportamento, provavelmente, é devido ao fato destes íons formarem compostos insolúveis entre si, sequestrando estas espécies iônicas do sistema. Já para o PCC realizado a altas concentrações de contaminantes, todos os ensaios de flotação resultaram em valores extremamente baixos de recuperação e teor. Este fato pode estar associado à formação de precipitados coloidais em grande quantidade, levando a recobrir indiscriminadamente as partículas minerais presentes, inclusive a apatita, impedindo a ação dos reagentes. / Mestre em Engenharia Química

A flotação por ar dissolvido (FAD) é reconhecida atualmente como técnica eficiente para a etapa de clarificação em sistemas de tratamento de água para abastecimento. Diversos estudos vêm sendo realizados para aprimoramento dessa técnica e das características físicas das unidades FAD. Seguindo essa tendência, o presente trabalho teve como objetivo estudar os efeitos da velocidade na entrada da zona de contato (\'V IND.EZC\') na eficiência de clarificação de unidades retangulares FAD. Para o presente estudo foi utilizada água sintética preparada através da adição de 1,0 mg/L de ácido húmico e 8,5 mg/L de caulinita, a qual foi coagulada com sulfato de alumínio. A pesquisa foi dividida em duas fases: FASE I - com o emprego do Flotateste foram determinadas as dosagens adequadas de coagulante, o pH adequado de coagulação com a medição do potencial zeta das partículas (PZ), o gradiente médio de velocidade para floculação e o tempo médio para floculação para o tratamento da água sintética em estudo; FASE II - utilizando unidade FAD em escala piloto foram realizados ensaios para diferentes variações na altura da entrada da zona de contato (he) da câmara de flotação de forma a se obter diferentes valores de \'V IND.EZC\'. Nesta fase foram investigadas duas diferentes condições de coagulação as quais forneceram bons resultados por flotação: 1ª condição, aplicação de 42,5 mg/L de \'AL IND.2\'(\'SO IND.4\')IND.3\' e pH de 6,35 \'+ OU -\' 0,05 na qual resultou em PZ positivo em torno de +10 mV e para 2ª condição, aplicação de 22,5 mg/L de \'AL IND.2\'(\'SO IND.4\')IND.3\' e pH de 6,40 \'+ OU -\' 0,05 na qual resultou em PZ próximo de 0 mV. Os ensaios foram monitorados e comparados entre si os valores residuais de turbidez e cor aparente. Em todos os ensaios as taxas de aplicação superficial foram mantidas em faixas estreitas de verificando-se que os melhores resultados residuais dos parâmetros monitorados foram obtidos para a 1ª condição de estudo com valores de 0,66 NTU de turbidez e cor aparente igual a 2 uC (eficiências de 90,5 e 93,9% respectivamente). Os resultados demonstraram que para a faixa de valores de \'V IND.EZC\' entre 62,2 e 12.432,4 m/h pouca influência desse parâmetro foi observada na eficiência do processo de clarificação por flotação para ambas as condições de coagulação investigadas. Entretanto, a faixa de valores de \'V IND.EZC\' entre 124,3 e 180,2 m/h forneceram as melhores condições de flotação. Portanto, sugere-se tal faixa de valores como subsídio ao projeto de sistemas de flotação constituído pelas características apresentadas nesta pesquisa. / Dissolved air flotation (DAF) is currently recognized as an efficient technique for water clarification in water treatment systems. Several studies have been conducted to improve this technique and the physical characteristics of DAF units in order to constantly improve their performance. Following this trend, the aim of this research was to evaluate the effects of the velocity in the contact zone entrance on the clarification efficiency of rectangular DAF units. A DAF pilot plant fed with synthetic water prepared by adding 1.0 mg/L of humic acid and 8.5 mg/L of kaolin, and coagulated with aluminum sulfate was used. The research was divided into two phases: I) by using a laboratory scale DAF unit (Flotatest) the optimal coagulation, flocculation, and flotation conditions for the synthetic water previously described were investigated; and II) by using a DAF pilot unit tests were performed for different variations in the height of the contact zone entrance (he) of the flotation chamber to obtain different values of velocity in the contact zone entrance. In this phase two different conditions of coagulation were investigated yielding good results: 1st condition: application of 42.5 mg/L of \'AL IND.2\'(\'SO IND.4\')IND.3\' and pH 6.35 \'+ OR -\' 0.05, which resulted in zeta potential of positive particles around +10 mV, and 2nd condition: application of 22.5 mg/L \'AL IND.2\'(\'SO IND.4\')IND.3\' and pH 6.40 \'+ OR -\' 0.05, which resulted in zeta potential of particles near zero. The tests were monitored and the residual values of turbidity and apparent color were compared. In all experiments, the hydraulic surface loadings were kept in narrow bands of values (in the contact zone equal to 180 \'+ OR -\' 4 m/h and in the clarification zone, equal to 184 \'+ OR -\' 4 m/d). It was verified that the best residual results of the parameters monitored were obtained for the 1st condition with 0.66 NTU turbidity and apparent color equal to 2 uC (efficiencies of 90.5 and 93.9%, respectively). The results showed that for the range of values of velocity in the contact zone entrance between 62.2 and 12432.4 m/h little influence of this parameter was observed on the clarification efficiency process by flotation for both coagulation conditions investigated. However, as the range of values between 124.3 and 180.2 m/h provided the best flotation conditions, such a range should be adopted for the designs of rectangular DAF units.