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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2021.tde-04062021-104326
Document
Author
Full name
André Luiz Marguti
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2021
Supervisor
Committee
Ferreira Filho, Sidney Seckler (President)
Daniel, Luiz Antonio
Mierzwa, José Carlos
Moruzzi, Rodrigo Braga
Sens, Maurício Luiz
Title in Portuguese
Interferência dos processos de coagulação e floculação na remoção de compostos causadores de gosto e odor em águas por processos de adsorção em carvão ativado em pó.
Keywords in Portuguese
Adsorção
Coagulação
Floculação
Modelos matemáticos
Tratamento de água
Abstract in Portuguese
Os problemas mais frequentes de gosto e odor em águas de abastecimento estão associados à presença de subprodutos metabólicos produzidos por algas e demais microrganismos, notadamente os compostos 2-metilisoborneol (MIB) e geosmina. Para a remoção destes compostos no tratamento de águas para abastecimento, a aplicação de carvão ativado em pó (CAP) imediatamente a montante ou jusante da mistura rápida tem sido a opção mais atrativa para a maior parte das estações de tratamento de água. No entanto, a grande desvantagem deste tipo de aplicação reside no fato de que as partículas de CAP tendem a ser incorporadas nos flocos formados pela coagulação e floculação. Desta forma, há uma tendência de redução na eficiência da adsorção mediante uma eventual interferência do coagulante, e dos flocos, na cinética dos mecanismos de transferência de massa do adsorvato a partir da fase líquida para a superfície do material adsorvedor. Motivado pelas incertezas de estudos anteriores, esta pesquisa teve como objetivo avaliar esta interferência da coagulação e floculação na eficiência de remoção de MIB em águas de abastecimento por adsorção, bem como estudar a modelagem da cinética do processo de adsorção e a influência da turbidez na água bruta (5, 20 e 100 UNT) e da dosagem de coagulante sulfato férrico (10, 20 e 50 mg/L) na eficiência de remoção de MIB por CAP (dosagens de 10, 20 e 40 mg/L) e no coeficiente de transferência externa de massa kL, parâmetro do homogenous surface diffusion model (HSDM). Pode-se observar que a dosagem de CAP e o tempo de contato foram as variáveis que mais impactaram na eficiência de remoção de MIB e na variação de valores do parâmetro kL, porém sem modificar a ordem de grandeza deste (10-3 m/s). Para a dosagem de coagulante e a presença de turbidez na água bruta, não foi possível observar efeitos isolados na variação de kL, mas sim um efeito combinado entre as variáveis, relacionado à formação dos flocos e a maneira como estes englobam as partículas de CAP. Foi proposto um modelo conceitual para o mecanismo de transferência externa de massa com a presença de coagulante e turbidez na água, sendo avaliado por dois novos parâmetros: kS (transferência externa de massa na fase sólida), o qual se mostrou sensível aos diferentes níveis de turbidez; e kM (modificação do meio), sensível às variáveis dosagem de CAP, presença de turbidez e interação entre dosagem de coagulante e turbidez.
Title in English
Interference of coagulation and flocculation processes in the removal of taste and odor-causing compounds in water.
Keywords in English
Adsorption
Coagulation
Flocculation
HSDM
MIB
PAC
Taste & Odor
Abstract in English
The most frequent issues of taste and odor in drinking water are associated with the presence of metabolic by-products produced by algae and other microorganisms, notably the compounds 2-methylisoborneol (MIB) and geosmin. For the removal of these compounds in the water treatment, the application of powdered activated carbon (PAC) immediately upstream or downstream of the rapid mixture has been the most attractive option for most plants. However, the major disadvantage of this type of application lies in the fact that PAC particles tend to be incorporated into the flocs formed during the coagulation and flocculation processes. Thus, there may be a trend to reduce the efficiency of the adsorption process through an eventual interference of the coagulant, and of the flocs, in the kinetics of the mass transfer mechanisms of the adsorbate from the liquid phase to the surface of the adsorbent material. Motivated by the uncertainties of previous studies, this research aimed to evaluate this interference of the coagulation and flocculation processes in the efficiency of adsorption process to remove organic compounds that cause taste and odor in water, as well as to study the modeling of adsorption process kinetics and of the influence of turbidity in raw water (5, 20 and 100 UNT) and the dosage of ferric sulfate coagulant (10, 20 and 50 mg/L) on the removal efficiency of MIB by PAC application (dosages of 10, 20 and 40 mg/L) and on the external mass transfer coefficient kL, a parameter of homogenous surface diffusion model (HSDM). It is notable that the PAC dosage and the contact time were the variables that most affected the efficiency for removing MIB by adsorption and the variation of values of kL, but without changing the order of magnitude of this (10-3 m/s). For the coagulant dosage and the presence of turbidity in the raw water, it was not possible to observe isolated effects in the variation of kL values, but a combined effect between the variables, related to the formation of the flocs and the way they comprise and are attached to the CAP particles. An alternative conceptual model was proposed for the external mass transfer mechanism with the presence of coagulant and turbidity in the water, being evaluated by the two other parameters: kS, which proved to be sensitive to the different levels of turbidity; and kM, which showed sensitivity to the variables CAP dosage, presence of turbidity and the interaction between coagulant dosage and turbidity.
 
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Publishing Date
2021-06-04
 
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