ENSAIOS FÍSICO-QUÍMICOS PARA O TRATAMENTO DOS EFLUENTES DO TRANSPORTE HIDRÁULICO DAS CINZAS PESADAS DA USINA TERMELÉTRICA CHARQUEADAS

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1 GIA / a 22 de Outubro de 1999 Foz do Iguaçu Paraná - Brasil GRUPO XI GRUPO DE ESTUDOS DE IMPACTOS AMBIENTAIS (GIA) ENSAIOS FÍSICO-QUÍMICOS PARA O TRATAMENTO DOS EFLUENTES DO TRANSPORTE HIDRÁULICO DAS CINZAS PESADAS DA USINA TERMELÉTRICA CHARQUEADAS Dinorzeti H. Barbosa Maurício Luiz Sens (UFSC) José Lourival Magri* Rejane Helena Riveiro da Costa (UFSC) Renato S. Barbosa Rita C. M. Tissot Sérgio R. do Rio Martins GERASUL RESUMO Este trabalho apresenta os resultados dos ensaios físico-químicos realizados com os efluentes líquidos, resultantes do arraste hidráulico das cinzas da Usina Termelétrica Charqueadas - UTCH, da GERASUL, que utiliza como combustível o carvão mineral. Esses ensaios foram realizados para avaliar a viabilidade técnica e econômica do tratamento desses efluentes, para adequá-los aos padrões de emissão, principalmente em relação à concentração de sólidos suspensos, para efluentes líquidos estabelecidos pela Fundação Estadual de Proteção Ambiental - FEPAM do RS. São apresentados parte dos trabalhos efetuados pelo Laboratório Integrado de Meio Ambiente - LIMA, do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, onde foram realizados ensaios de floculação e testados como coagulantes Sulfato de Alumínio - Al 2 (SO 4 ) 3, o Sulfato Ferroso - FeSO 4 e o Cloreto Férrico - FeCl 3. Para esses ensaios, foram utilizados os efluentes da Usina operando com três unidades de 18 MW e foram determinadas, a melhor dosagem de coagulante, melhor tempo de floculação e melhor gradiente de velocidade (G). PALAVRAS CHAVES Tratamento de Efluentes Líquidos de UTE s, Poluição Hídrica, Meio Ambiente e Usinas à Carvão INTRODUÇÃO A Usina Termelétrica Charqueadas - UTCH, localizada no município de Charqueadas, aproximadamente 30 km de Porto Alegre - RS, iniciou sua operação em 1956, possui uma potência instalada de 72 MW (4 x 18 MW), e tem como combustível principal o carvão mineral proveniente da região do Baixo Jacuí - RS, com as seguintes características: Poder Calorífico à kcal/kg; Cinza - 49 à 53,5%; Enxofre - 0,8 à 1,5%. Atualmente, as cinzas pesadas são retiradas do fundo da fornalha via hidráulica utilizando-se para tanto uma vazão de água de aproximadamente 500 m 3 /h, que são tratadas num sistema de filtros/decantadores e clarificadores, com uma eficiência na retenção de sólidos suspensos variando de 80 a 90%, dependendo das condições de operação da usina. Após passar por esse sistema, os efluentes líquidos apresentam uma concentrações de sólidos suspensos da ordem de mg/l a mg/l, que varia em função das condições de operação da Usina e da água captada do rio Jacuí, que em determinadas épocas do ano (estações com elevados índices pluviométricos) pode *Centrais Geradoras do Sul do Brasil S.A. GERASUL Rua Deputado Antônio Edú Vieira, 999 AMA Florianópolis SC CEP Tel.: _ Fax (048)

2 2 ter uma concentração de 100 mg/l de sólidos suspensos. A Fundação Estadual de Proteção Ambiental do RS - FEPAM, no processo de Licenciamento Ambiental da UTCH, condicionou o lançamento dos efluentes líquidos com uma concentração de sólidos suspensos de 50 mg/l e sólidos sedimentáveis menor que 1,0 ml/l. Este informe técnico, tem por objetivo apresentar os resultados dos ensaios de floculação e sedimentação, como uma das alternativas estudadas para o tratamento dos efluentes do arraste hidráulico das cinzas pesadas das UTCH, a fim de adequar aos padrões de emissão estabelecidos pela FEPAM. cada coagulante testado, bem como a melhor Concentração para cada coagulante. Com esses resultados pode-se determinar também, a eficiência no tratamento desses efluentes, para diferentes Tempos de Detenção e Carga Superficial com e sem a utilização de coagulantes, de forma a atender ao padrão de emissão estabelecido pelo Órgão de Meio Ambiente para sólidos suspensos, em diferentes condições de operação a que está sujeita a UTCH CARACTERIZAÇÃO DO EFLUENTE LÍQUIDO Os efluentes para a realização desses ensaios foram coletados com a Usina operando com três Unidades, e apresentaram as seguintes características físicoquímicas: Alcalinidade - 94 mg/l CaCO 3 ; Acidez - 0,00 mg/l; ph - 10,75 Turbidez NTU; Cor aparente UC; Sólidos Totais mg/l; Sólidos Fixos mg/l; Sólidos Voláteis mg/l; ENSAIOS DE FLOCULAÇÃO Determinação da Melhor Dosagem de Coagulante Os resultados dos ensaios indicam que o cloreto férrico apresenta-se como o melhor coagulante, tendo em vista que a partir de baixa dosagem, como 20 mg/l, a turbidez residual após 5 minutos de sedimentação, apresenta-se inferior a 10 NTU. Esses estudos, foram feitos através de um convênio entre a GERASUL e a Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC - Departamento de Engenharia Sanitária, com ensaios físico-químicos de floculação e sedimentação desenvolvidos no Laboratório Integrado de Meio Ambiente - LIMA. Nos ensaios de floculação foram testados três tipos de coagulantes, sulfato de alumínio, sulfato ferroso e cloreto férrico, determinando-se a melhor dosagem de coagulante, melhor tempo de floculação e melhor gradiente de velocidade. Com essa avaliação pode-se determinar o melhor tempo de Mistura Rápida, Gradiente de Velocidade para floculação e melhor Detenção, para Os resultados obtidos nos ensaios E5 e E6 mostram que melhora eficiência do cloreto férrico em concentrações mais elevadas, no entanto, foi observado o aparecimento de cor no efluente final tratado. O sulfato ferroso foi descartado em função da necessidade de utilizar um auxiliar de coagulação, no caso estudado, a cal hidratada, o que encarece o processo de tratamento. As Tabelas 1 à 6, em anexo, apresentam os resultados dos testes para avaliar a melhor dosagem de cada coagulante testado Determinação do Melhor Floculação e Melhor Gradiente de Velocidade Nesses ensaios foram testados o Sulfato de Alumínio, numa dosagem de 35 mg/l e o Cloreto Férrico, numa dosagem de 40 mg/l de efluente in natura da Usina. Os resultados indicaram que o melhor Floculação foi de 15 minutos, tanto para o Sulfato de Alumínio quanto para Cloreto Férrico. Em relação ao melhor Gradiente de Velocidade (G), para o Sulfato de Alumínio foi de 70 s -1 e de 50 s -1 para o Cloreto Férrico. As Tabelas 7, 8 e 9 apresentam os resultados dos ensaios para a determinação desses dois parâmetros para o Sulfato de Alumínio e Cloreto Férrico, os testes para o Sulfato Ferroso foram descartados tendo em vista a exigência da utilização de cal hidratada, como auxiliar de coagulação.

3 CONCLUSÃO Com os resultados desses ensaios, podemos concluir que o efluente líquido do arraste hidráulico das cinzas da Usina Termelétrica pode ser tratado através de um processo físico-químico, como Coagulação/Floculação seguido de decantação convencional. Podemos recomendar que seja aplicada na Mistura Rápida um gradiente de velocidade superior a 800 s -1, e para a floculação um gradiente de velocidade G = 55 s -1, em um tempo de detenção de 10 minutos. Com esses ensaios verificou-se que os melhores resultados foram alcançados para o coagulante Cloreto Férrico - FeCl3, o Sulfato de Alumínio - Al 2 (SO 4 ) também apresentou bons resultados, a utilização de um ou outro produto é uma questão de avaliação econômica. A dosagem de cloreto férrico irá variar em função das condições operacionais da Usina, e sua variação será entre 10 a 60 mg/l como uma dosagem ótima, porém uma dosagem de 20 mg/l é suficiente, enquanto que para o sulfato de alumínio pode ser de 35 mg/l, e serão atendidos os padrões de emissão para sólidos suspensos (50 ppm) e sólidos sedimentáveis ( < 1,0 ml/l) BIBLIOGRAFIA (1) SENS, L., MAURÍCIO, MC; COSTA, H.,R., REJANE, MC; MAGRI, L.,JOSÉ; FERREIRA, F., OSVALDO. Ensaios de Floculação e Sedimentação do Efluente de Usina Termelétrica - Convênio ELETROSUL - UFSC/ENS. (1998) Florianópolis S.C. (2) Degrémont. Manual Técnico del Agua. Cuarta Edición (1979). Espanha. (3) CETESB. Técnica de Abastecimento e Tratamento de Água. 2ª Edição (1977) São Paulo. (4) GERASUL. Avaliação da Qualidade das Águas e Efluentes Líquidos - Área de Influência das Usinas Termelétricas de Charqueadas e Jacuí. (1998) - Charqueadas R.S.

4 4 TABELA 1 SULFATO DE ALUMÍNIO - Al 2 (SO 4 ) 3 - MELHOR DOSAGEM Ensaio (E1) - Sulfato de Alumínio - Al 2 (SO 4 ) 3-1 Ensaio (E1): Grad. de Veloc. (G) - Mistura Rápida - MR = 105 s -1 (T = 2 min); G1 = 80 s -1 ; G2 = 80 s -1 ; G3 = 80 s -1 (T = 6 min. Para cada G). Jarro Temp. Decant. 6 min 12 min 20 min. 27 min. Dosagem Al 2 (SO 4 ) 3 mg/l Turbidez Resid ,00 106,00 51,80 37, ,00 29,20 17,10 12, ,09 8,38 6,55 6, ,06 3,22 2,65 2, ,18 1,83 1,32 1, ,00 1,20 1,09 0,92 TABELA 2 SULFATO DE ALUMÍNIO - Al 2 (SO 4 ) 3 - MELHOR DOSAGEM Ensaio (E2) - Sulfato de Alumínio - Al 2 (SO 4 ) 3-2 Ensaio (E2): G (M.R.) = 105 s -1 (T = 2 min); G1 = 80 s -1 G3 = 40 s -1 G4 = 20 s -1 (T = 6 min. em cada G) Temp. Decant. 5 min 12 min 20 min. 25 min. Jarro Dosagem Al 2 (SO 4 ) 3 mg/l ,23 1,22 1,15 0, ,48 1,18 1,22 1, ,59 1,52 1,02 0, ,22 2,33 1,67 1, ,30 1,59 1,20 1, ,60 1,28 1,21 1,05 TABELA 3 SULFATO FERROSO - FeSO 4 - MELHOR DOSAGEM 1 Ensaio (E3) com sulfato ferroso G (M.R.) = 105 s -1,T = 3 min.; G1 = 50 s -1,T = 20 min. Jarro Dosagem FeSO 4 mg/l , , , , , ,5 10, ,8 17, , , ,7 10, , ,34 Nota: efluente final apresentam uma turbidez elevada.

5 5 TABELA 4 SULFATO FERROSO - FeSO 4 - MELHOR DOSAGEM 2 Ensaio (E4) com sulfato ferroso e cal hidratada G (M.R.) = 105 s -1,T = 3 min.; G1 = 50 s -1,T = 20 min. Jarro Dosagem de Cal Dosagem FeSO 4 ph Final mg/l mg/l 1 2, ,5 10,2 6,25 2 4, ,05 3,71 6,27 3 6, ,22 2,27 6,27 4 8, ,63 2,49 6, , ,33 2,12 6, , ,62 2,87 6,32 Nota: cal hidratada utilizada para auxiliar a floculação e corrigir o ph. TABELA 5 - CLORETO FÉRRICO - FeCl 3 - MELHOR DOSAGEM 1 Ensaio (E5) com cloreto férrico - G (M.R.) = 105 s -1,T = 3 min.; G1 = 50 s -1,T = 20 min. Jarro Dosagem FeCl 3 mg/l ,42 2, ,00 1, ,75 1, ,80 0, ,78 0, ,65 0,22 Nota: durante os testes, em todos os jarros houve sedimentação, exceto no jarro n 6. TABELA 6 - CLORETO FÉRRICO - FeCl 3 - MELHOR DOSAGEM 2 Ensaio (E6) com cloreto férrico - G (M.R.) = 105 s -1,T = 3 min.; G1 = 50 s -1,T = 20 min. Jarro Dosagem FeCl 3 mg/l ,43 0, ,70 0, ,65 0, ,75 0, ,08 0, ,30 0,16 Nota: nesses testes não houve sedimentação mas o aparecimento de cor no efluente tratado.

6 6 TABELA 7 SULFAATO DE ALUMÍNIO - Al 2 (SO 4 ) 3 - MELHOR TEMPO DE FLOCULAÇÃO Ensaio (E7) - Dosagem de Sulfato de Alumínio - Al 2 (SO 4 ) 3-35mg/l; G (M.R.) = 105 s -1 (T = 1 min); G1 = 52 s -1 (50 rpm) 10 min. Decantação Jarro Floculação (min) Turbidez Residual , , , , , ,4 Nota: melhor tempo de floculação - 15 min. TABELA 8 SULFATO DE ALUMÍNIO - Al 2 (SO 4 ) 3 - MELHOR GRADIENTE DE VELOCIADADE (G) Ensaio (E8) - Dosagem de Sulfato de Alumínio - Al 2 (SO 4 ) 3-35mg/l; Floculação: 15 min.; Mistura Rápida: 1 min. G ( s -1 ) rpm Decantação (min) Turbidez Residual , , , , , , , ,0 Nota: melhor Gradiente de Velocidade 70 s -1 TABELA 9 - CLORETO FÉRRICO - FeCl 3 MELHOR TEMPO DE FLOCULAÇÃO E GRADIENTE DE VELORICADE (G) Ensaio (E9) - Dosagem de Cloreto Férrico - FeCl 3-40mg/l; Floculação: 15 min.; Mistura Rápida: 1 min. G ( s -1 ) rpm Floculação (min) Decantação (min) Turbidez Residual , , , , , ,92 Nota: melhor Gradiente de Velocidade 50 s -1, Floculação 15 min.

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