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CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior O Tanino é um coagulante de origem natural, extraído de diversas árvores, e é avaliado como uma alternativa aos coagulantes sintéticos utilizados nas Estações de Tratamento de Água. Diversas pesquisas demonstraram que ele gera bons resultados de remoção de turbidez e cor, é de fácil utilização e gera lodo mais biodegradável em comparação com coagulantes sintéticos. O presente trabalho teve como objetivo obter e avaliar o diagrama de coagulação para o Tanino na remoção de cor de água sintética de cor aparente elevada (107 uH), assim como avaliar morfologicamente os flocos formados durante o processo de coagulação/floculação, verificando o seu comportamento sob 4 diferentes gradientes médios de velocidade (Gmv) de floculação (20, 30, 40 e 60 s-1) assim como em duas diferentes situações de quebra (Gmv de 120 e 500 s-1). Os resultados demonstraram remoção máxima de cor de 94% e baixa influência da quebra dos flocos na eficiência de remoção. Foi verificado que para o Gmv de 20 e de 30 s-1 a floculação ocorreu de maneira incompleta, com a presença de muitos flocos não desenvolvidos devido às menores oportunidades de choque. A quebra sob Gmv de 120 s-1 foi pouco impactante, com menor fator de força de 79%, e nenhuma recuperação de flocos nos Gmv de 40 e 60 s-1. Já para a quebra a Gmv de 500 s-1, verificou-se fatores de força mínimo de 55%, com recuperação média de 15% para o Gmv de 40 s-1 e 5,7% para o de 60 s-1. Foram realizadas análises estatísticas para a verificação da similaridade de comportamento entre os diferentes Gmv de floculação. O Gmv de floculação de 20 s-1 resultou nas menores dimensões fractais, indicando que há formação de maiores cadeias para esse grau de agitação menor, enquanto que os maiores Gmv de floculação eram suficientes para impedir uma grande ramificação devido à erosão superficial, levando a maiores dimensões fractais. Tannin is a coagulant of natural origin, extracted from many different trees and is regarded as an alternative to synthetic coagulants used in Water Treatment Stations (WTS). Many researches showed it has good turbidity and color removal, is easy to use and generates a higher biodegradability sludge in comparison with other synthetic coagulants. The present work aims to create the coagulation diagram for Tannin in color removal of synthetic water with high apparent color (107 uH), morphologically evaluating flocs formed during coagulation/flocculation process verifying their behavior under 4 different slow stir mean velocity gradients (Mvg) (20, 30, 40 and 60 s-1) besides two different breakage situations (Mvg) of 120 and 500 s-1). Results showed maximum color removal efficiency of 94% and low floc-breakage influence in removal efficiency. It was verified that for Mvg of 20 and 30 s-1 flocculation occurred incompletely, with the presence of many non-developed flocs due to lesser chock opportunities. Breakage under Mvg of 120 s-1 didn’t show much impact, with lowest strength factor of 79% and no floc recovery on Mvg of 40 and 60 s-1 whereas for Mvg of 500 s-1, strength factors as low as 55%, with average recovery of 15% for Mvg of 40 s-1 and 5,7% for 60 s-1 were obtained. Statistical analysis were used to verify behavior similarities between the different slow stir Mvg used. Mvg of 20 s-1 resulted in the lowest fractal dimensions, indicating that there is a higher floc chain formation for this lower agitation degree, while higher slow stir Mvg were enough to prevent big ramifications due to superficial erosion, leading to higher fractal dimensions. Dissertação (Mestrado)

FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais As sementes de Moringa oleifera vem sendo foco de pesquisas em diversas áreas do conhecimento e inclusive utilizadas como coagulante natural no tratamento de água. Nessa perspectiva, a presente pesquisa busca aprofundar os conhecimentos no que diz respeito ao potencial coagulante e as características morfológicas dos flocos formados pela Moringa oleifera em água produzida com cor aparente elevada (107 ± 1 mg Pt-Co/L). Inicialmente fez-se uma comparação entre a eficiência de remoção de cor aparente utilizando técnica de Flotação por Ar Dissolvido (FAD) e sedimentação. Os resultados mostraram melhor desempenho utilizando-se a FAD e por isso ela foi utilizada nas demais etapas da pesquisa. Posteriormente foram realizados ensaios de coagulação/ floculação/ FAD utilizando diversas dosagens de coagulante e pH de coagulação para elaboração de diagramas de coagulação para diferentes velocidades de flotação. Em seguida foram selecionados seis pontos desses diagramas para os ensaios de quebra e refloculação utilizando-se diferentes gradientes médios de floculação () e gradientes de ruptura () de 120 e 500 s-1. Nesses ensaios foram obtidas imagens por meio de técnica não intrusiva e não destrutiva, além do acompanhamento por meio de um analisador de dispersão fotométrica (PDA), de forma a avaliar a Distribuição do Tamanho de Partículas (DTP) e dimensão fractal durante a formação e recrescimento de flocos, além da avaliação da força e resistência dos mesmos. A Moringa oleifera se mostrou eficaz na remoção de cor aparente elevada, com diversas regiões do diagrama de coagulação com eficiência de remoção acima de 70%. Quanto aos ensaios com de 120 s-1, os testes de análise de variância (ANOVA) mostraram que a ruptura a esse gradiente não foi suficiente para alterar significativamente e eficiência de remoção de cor aparente. Os valores de dimensão fractal variaram de 1,66 a 1,96 e tiveram variação considerável após ruptura com de 500 s-1, sugerindo que a estrutura exclusivamente auto similar dos flocos seja apenas um conceito ideal e que a dimensão fractal varia de acordo com as condições físicas da coagulação. Considerando-se o valor da dimensão fractal após estabilização na coagulação, observou-se que não existe diferença significativa entre os valores, para diferentes , demonstrando assim que a estrutura morfológica tende a se manter independente do diâmetro e da intensidade de mistura. Os resultados evidenciaram também que não ocorreu a recuperação total do tamanho dos flocos. Moringa oleifera seeds have been the focus of a lot of researches in many different areas of knowledge including utilization as a natural coagulant in water treatment. In this perspective, the present research aims to deepen knowledge about Moringa oleifera potential as a coagulant and the morphological characteristics of the flocs formed in produced water with high apparent color (107 ± 1 mg Pt-Co/L). Initially, a comparison between the apparent color removal efficiency was made utilizing Dissolved Air Flotation (DAF) and sedimentation. The results showed better performance by using DAF and thus it was used in the remaining steps of the research. Then it was used the coagulation/ flocculation/ DAF assays with different dosages of coagulant and coagulation pH to elaborate coagulation diagrams for different flotation speeds. After this, six points of those diagrams were selected for breakage and reflocculation assays using different mean velocity gradients () and rupture gradients () of 120 and 500 s-1. In these assays, images were obtained using a non-intrusive and non-destructive technique, with the continuous analysis through a Photometric Dispersion Analyzer (PDA) to evaluate Particle Size Distribution (PSD) and fractal dimension during the formation and regrowth of flocs, including the evaluation of their strength and resistance. Moringa oleifera showed effectiveness in high apparent color removal, with many diagram regions over 70% results. For the assays with equal to 120 s-1, variance analysis tests (ANOVA) showed that rupture at this gradient was not enough to significantly alter color removal efficiency. Fractal dimension values varied between 1,66 and 1,96 and had considerable variation after the rupture equal to 500 s-1, suggesting that the uniquely self-similar structure of the flakes is just an ideal concept and that the fractal dimension changes according to the physical conditions of coagulation. Considering the fractal dimension value after coagulation stabilization, it was observed that there was no significant difference between the values for different , showing that the morphological structure tends to keep independent of the diameter and the mixing intensity. In addition, the results traced that the flocs did not fully recover their size. Dissertação (Mestrado)

O sulfato de alumínio e o policloreto de alumínio são coagulantes químicos eficientes para formação de flocos em unidades de tratamento de água. No entanto, estes coagulantes podem contribuir para o desenvolvimento da doença de Alzheimer pelo alumínio residual na água pós-tratamento. Em razão disso, esta pesquisa teve como objetivo verificar a aplicação de extrato salino (CaCl2) de sementes de Moringa oleifera no tratamento de águas com baixa turbidez, usando flotação por ar dissolvido (FAD). A eficiência do processo foi determinada mediante os parâmetros cor, turbidez, pH e condutividade, os quais foram discriminados por Análise de Componentes Principais. Duas condições de turbidez (10 e 20 uT) foram utilizadas neste estudo, enquanto os ensaios de coagulação, floculação e FAD foram realizados com extratos salinos da semente nas dosagens de 10, 20, 30, 40 e 50 mg L-1. Os resultados indicaram que houve remoção de turbidez (64,2 e 78,2%) e cor (77,6 e 72,4%) em águas com turbidez de 10 e 20 uT, respectivamente. A condutividade aumentou em função do maior acréscimo de coagulante, enquanto o pH não foi alterado de forma significativa. Concluiu-se, desta forma, que o uso do coagulante Moringa oleifera favoreceu a remoção dos parâmetros cor e turbidez, melhorando a qualidade da água. A B S T R A C T Aluminum sulphate and aluminum polychloride are efficient chemical coagulants for flake formation in water treatment plants. However, these coagulants can provide the development of Alzheimer's disease by residual aluminum in the post-treatment water. The objective of this research was to verify the application of saline extract (CaCl2) from Moringa oleifera seeds in the treatment of water with low turbidity using dissolved air flotation (DAF). The efficiency of the process was determined by the parameters color, turbidity, pH and conductivity, which were discriminated by Principal Component Analysis. Two turbidity conditions (10 and 20 NTU) were used in this study, while coagulation, flocculation and DAF assays were performed with saline extracts at the doses of 10, 20, 30, 40 and 50 mg L-1. The results indicated that turbidity (64.2 and 78.2%) and color (77.6 and 72.4) were removed in waters with turbidity of 10 and 20 NTU, respectively. The conductivity increased as a function of the higher coagulant addition, while the pH was not significantly altered. It was concluded, therefore, that the use of the Moringa oleifera coagulant favored the removal of the color and turbidity parameters, improving the quality of the water. Keywords: Water quality. Natural coagulant. Dissolved air flotation. Chemometrics Analysis.

Orientador: Prof. Dr. Derval dos Santos Rosa Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental, Santo André, 2021. A água para consumo humano deve apresentar características microbiológicas, físicas e químicas que atendam aos padrões de potabilidade, ou seja, livre de microrganismos patogênicos e de contaminantes. O sulfato de alumínio é um eficiente coagulante químico utilizado em larga escala para a remoção de matéria orgânica em tratamento de água; contudo ele apresenta algum nível de risco à saúde e ao meio ambiente, uma vez que vários estudos mostraram a associação da presença de alumínio nessas águas com o aumento da incidência da doença de Alzheimer. Nesse sentido, esta dissertação avaliou o efeito de diferentes dosagens de Moringa oleifera na remoção de diferentes concentrações de matéria orgânica em água. Duas águas com diferentes quantidades de matéria orgânica foram utilizadas neste estudo, dissolvendo turfa previamente seca em água destilada em concentrações diferentes (3 e 10 g L-1). As propriedades acompanhadas foram cor aparente, turbidez, pH, teores de carbono orgânico dissolvido e no sedimento. Um estudo estatístico e uma Avaliação de Impacto do Ciclo de Vida (AICV) foram realizados para entender, de forma mais profunda, os processos de tratamentos com Moringa oleifera e sulfato de alumínio. A Moringa oleifera conseguiu (85 ± 4)% de remoção da cor (296 uH para 45 uH) e (96,6 ± 1,2)% de remoção da turbidez (183 NTU para 6,2 NTU) na dosagem de 80 mg L-1, sem alterar o pH e o carbono orgânico dissolvido, contra (72 ± 3)% de remoção da cor (296 uH para 83 uH) e (86,1 ± 0,8)% de remoção da turbidez (183 NTU para 25,5 NTU), sem alteração do carbono orgânico dissolvido, mas com redução do pH da ordem de 36% (pH 6,25 para 3,98) para o sulfato de alumínio. A Moringa oleifera também conseguiu reduzir em até 2,4 log (UFC mL-1) (99,6%) a concentração da bactéria Escherichia coli após 72 h de repouso, com uma dosagem de 80 mg L-1. Quanto às categorias de impacto ambiental, a Moringa oleifera obteve vantagens sobre o sulfato de alumínio em ecotoxicidade terrestre (ET), toxicidade não-carcinogênica (humana) (TNCH) e aquecimento global (AG), este último com o valor de -74% para a dosagem de 40 mg L-1, comparado aos 8% do impacto da alternativa sulfato de alumínio. O valor negativo representa o sequestro de carbono até esta fase do ciclo de vida. Assim, foi possível concluir que levandose em conta os aspectos físico-químicos, microbiológicos e do seu ciclo de vida, considerados neste trabalho, ressalvadas as questões operacionais como as envolvidas desde o plantio à produção do coagulante em escala comercial, que não foram objeto deste estudo, a Moringa oleifera se mostrou viável como alternativa natural ao coagulante sulfato de alumínio. Water for human consumption must have microbiological, physical and chemical characteristics that meet drinking standards, that is, free from pathogenic microorganisms and contaminants. Aluminum sulphate is an efficient chemical coagulant used on a large scale for the removal of organic matter in water treatment; however, it presents some level of risk to health and the environment, since several studies have shown the association of the presence of aluminum in these waters with an increased incidence of Alzheimer's disease. In this sense, this dissertation evaluated the effect of different amounts of Moringa oleifera on the removal of different concentrations of organic matter from water. Two waters (raw water) with different amounts of organic matter were used in this study by dissolving previously dried peat in distilled water at different concentrations. The properties monitored were apparent color, turbidity, pH, dissolved organic carbon and in sediment. A statistical study and a Life Cycle Impact Assessment (LCIA) were carried out to better understand the treatment processes with Moringa oleifera and aluminum sulphate. Moringa oleifera achieved (85 ± 4)% color removal (296 uH to 45 uH) and (96.6 ± 1.2)% turbidity removal (183 NTU to 6.2 NTU) in the dosage of 80 mg L-1, without changing the pH and dissolved organic carbon, against (72 ± 3)% color removal (296 uH to 83 uH) and (86.1 ± 0.8)% turbidity removal (183 NTU to 25.5 NTU), without changing the dissolved organic carbon, but with a pH reduction of the order of 36% (pH 6.25 to 3.98) for aluminum sulfate. Moringa oleifera also managed to reduce by up to 2.4 log (CFU mL-1) (99.6%) the concentration of the bacteria Escherichia coli after 72 h of rest, with a dosage of 80 mg L-1. As for the environmental impact categories, Moringa oleifera also obtained advantages over aluminum sulfate in terrestrial ecotoxicity (ET), non-carcinogenic (human) toxicity (TNCH) and global warming (GA), the latter with a value of -74% for the 40 mg L-1 dosage, compared to 8% of the impact of the aluminum sulphate alternative. The negative value represents carbon sequestration up to this stage of the life cycle. Thus, it was possible to conclude that, taking into account the physicochemical, microbiological and life cycle aspects considered in this work, except for operational issues such as those involved from planting to the production of coagulant on a commercial scale, which were not object of this study, Moringa oleifera proved to be viable as a natural alternative to the chemical coagulant aluminum sulfate.

A qualidade da água dos mananciais tem diminuído devido aos crescentes impactos provenientes de ações antrópicas no meio ambiente. Dessa forma, para que esta atinja padrões de potabilidade e se torne própria para consumo humano, faz-se necessário métodos e técnicas de tratamento. A coagulação é fundamental para remoção de poluentes no processo de tratamento da água, sendo que os coagulantes comercialmente utilizados são majoritariamente a base de sais de alumínio. Entretanto, pelo emprego deste gerar resíduos que comprometam o equilíbrio do meio, são ambientalmente indesejáveis. O presente trabalho foi realizado com o objetivo de produção de uma alternativa natural a esses coagulantes, utilizando como matéria prima a casca de arroz (biomassa amplamente disponível) e hidróxido de potássio. Foram realizados testes de coagulação com o produto obtido (silicato de potássio) e com o coagulante comercial (sulfato de alumínio) a fim de se obter um comparativo de eficiência. O resultado revelou que o material sintetizado atenuou os níveis de turbidez, mas não o suficiente para permitir classificá-lo como coagulante. Quality on sources of water has been declining due to the increase of human activities that impact the environment. Thus, to achieve drinking water quality standards, it is necessary to apply methods and technics to treat it. Coagulation is essential to remove impurity in the water treatment process, with commercially used coagulants being mostly based on aluminum salts. However, the use of these coagulants aluminum based yields residues that compromisse the environmental balance what become these compound undesirable. This paper has the objective of producing a natural alternative for comum coagulants, using rice husk (widely available biomass) and potassium hydroxide as raw material. Coagulation tests (Jar Tests) were performed with the product obtained (Potassium Silicate) and the commercial coagulant (Aluminum Sulphate) in order to obtain a comparative efficiency. The results indicate that the synthetized material attenuated the raw water turbidity levels, but not enough to allow to classificate it as a coagulant.

A água utilizada para consumo humano pode conter várias impurezas e partículas sólidas em suspensão que elevam seu nível de turbidez. A Moringa oleifera Lam. é uma planta que tem potencial para ser usada como agente coagulante na remoção da turbidez. O objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência de sementes de Moringa oleifera utilizadas com casca e sem casca na remoção da turbidez de águas com diferentes níveis de turbidez. Utilizaram-se águas com 70, 250 e 400 UNT inicial. O extrato de sementes de Moringa oleifera foi preparado utilizando sementes sem casca e sementes com casca, visando um procedimento simplificado e prático. Os tempos de sedimentação e as dosagens da solução coagulante utilizadas foram baseados em dados já existentes na literatura. Todos os tratamentos foram realizados com três repetições e as médias foram descritas em gráficos. Os resultados mostraram que o uso do extrato de sementes com casca foi mais eficiente na remoção da turbidez do que os tratamentos nos quais foram utilizadas sementes sem casca, havendo remoção de mais de 99% da turbidez inicial das amostras de água. Além disso, verificou-se uma relação direta entre eficiência de remoção da turbidez com o nível de turbidez inicial das amostras, visto que as sementes foram mais eficientes na remoção da turbidez de águas com nível de turbidez inicial maiores. Water used for human consumption may contain various impurities and solid particles in suspension that increase its turbidity level. Moringa oleifera Lam is a plant that has the potential to be used as coagulating agent in removing turbidity. The objective of this work was to evaluate the efficiency of Moringa oleifera seeds used in shells and without shells in the removal of turbidity from waters with different degrees of turbidity. Waters were used with 70, 250 and 400 initial NTU obtained synthetically. The extract of moringa seeds was prepared using unshelled and shelled seeds, seeking a simplified procedure and practice. The sedimentation times and dose of coagulant solution used were based on existing recommendations in the literature. All treatments were performed with three replicates and the averages depicted in graphs. The results showed that the use of extract of moringa seeds in shells was more efficient than with unshelled seeds in the removal of turbidity of all treatments and that the shelled seeds removed more than 99% of the initial turbidity of the water samples. Furthermore, there was a direct relationship between turbidity removal efficiency and the level of initial turbidity of the samples. The seeds were more efficient in removing turbidity of the water with a higher level of initial turbidity.

Thus, this work aims at verifying both microbial and cytoxic effects of aqueous and saline extracts of Moringa oleifera seeds utilized as natural coagulants in water treatment. Microbial activity was verified by means of microdilution technique in plates in order to determine MIC (Minimum Inhibitory Concentration) and microculture in agar for the determination of MBC (Minimum Bacterial Concentration). One possible action mechanism of the extracts was assessed by means of flow Cytometry followed by scanning electron microscopy and the cytotoxicity was carried out by MTT method, using Vero cells. The possibility of action of the extract on cell membrane of micro-organisms was significant, since the flow cytometry presented values of about 50% alteration. This alteration was confirmed by scanning electron microscopy and may constitute a hypothetical action mechanism of the extract. The saline extract at 1.9 mg/mL concentration reduced cell viability to 50%, showing lower cytotoxicity towards VERO cells in comparison with the aqueous extract, which presented low viability at 0.2 mg/mL, whose CC50 lies below this value. The micro-organisms that presented more sensitivity to the aqueous extract were Staphylococcus aureus, Aeromonas hydrofila and Escherichia coli, with MIC values of 1.56, 3.12 and 30 mg/mL and MBC values of 30, 6.25 and 40 mg/mL, respectively. The same micro-organisms also presented lower values of MIC and MBC for the saline extract. Both extracts presented similar MIC values (90 mg/mL) for Klebsiella pneumoniae and Pseudomonas aeruginosa. The results indicate activity against the tested micro-organisms, but with some toxicity relative to VERO cells, pointing to the necessity of a thorough study of cytoxicity of this extract for the use in water treatment. It is proposed that further studies, using extracts combined with physical and chemical methods of treatment, be carried out to potentiate the antimicrobial effect of Moringa oleifera seeds and reduce its toxicity. 27 f

The treatment process for drinking water production generates a residue (sludge), which according to ABNT NBR 10004 (2004) is classified as solid waste. But usually this sludge is returned to the sources without any treatment, causing considerable environmental impacts. The main objective is to characterize and evaluate the biodegradability of the sludge formed during water treatment with the use of chemical coagulants and natural. For the production of sludge were assayed for coagulation/flocculation in the laboratory with the help of chemical coagulant PAC (Poly Aluminium Chloride) that is widely used in water treatment in the WTP, and Moringa oleifera that is a natural coagulant and is being intensively investigated for that can replace or assist the process of conventional treatment. The results indicate that the studied sludge wastes are classified as Class II A not dangerous - not inert, according to ABNT NBR 10004 (2004). The biodegradability tests showed that the sludge formed by natural coagulants has higher biodegradability compared with the sludge obtained with the use of chemical coagulant. Thus we can conclude that the use of natural coagulants is a viable alternative for the replacement of chemical coagulants, especially regarding the biodegradability of sludge formed and can thus facilitate the disposal of this waste. processo de tratamento para produção de água potável gera um resíduo (lodo), que segundo a ABNT NBR 10004 (2004) é classificado como resíduo sólido. Mas normalmente este lodo é devolvido aos mananciais sem qualquer tipo de tratamento, causando consideráveis impactos ambientais. O objetivo principal deste trabalho é caracterizar e avaliar a biodegradabilidade do lodo formado durante o processo de tratamento da água com o uso de coagulantes químico e natural. Para a produção do lodo foram realizados ensaios de coagulação/floculação em laboratório, com o auxilio do coagulante químico PAC (Policloreto de Alumínio) que é amplamente utilizado no tratamento de água nas ETAs, e o coagulante natural Moringa oleifera que vêm sendo investigado intensamente, para que possa substituir ou auxiliar no processo de tratamento convencional. Os resultados indicam que os lodos estudados são classificados como resíduos Classe II A Não perigoso - Não inertes, segundo ABNT NBR 10004 (2004). Os testes de biodegradabilidade mostraram que o lodo formado pelos coagulantes naturais possui uma maior biodegradabilidade quando comparado com o lodo obtido com o uso do coagulante químico. Com isso pode-se concluir que o uso de coagulantes de origem natural é uma alternativa viável para a substituição dos coagulantes químicos, principalmente em relação à biodegradabilidade do lodo formado, podendo facilitar assim a destinação final deste resíduo. x, 78 f