II REÚSO DE EFLUENTES DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ESGOTOS POR LODO ATIVADO EM ALIMENTAÇÃO DE CIRCUITOS DE RESFRIAMENTO SEMI-ABERTOS.

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1 II REÚSO DE EFLUENTES DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ESGOTOS POR LODO ATIVADO EM ALIMENTAÇÃO DE CIRCUITOS DE RESFRIAMENTO SEMI-ABERTOS. ESTUDO DE CASO. Irineu Afonso Machado Engenheiro Químico pela UFRRJ. Engenheiro de Segurança do Trabalho pela UERJ. Mestrando em Saúde Pública na área de concentração Saneamento Ambiental da ENSP/FIOCRUZ. Marcelo Motta Veiga Pública (ENSP/FIOCRUZ). Ph.D. em Engineering Management pela George Washington University. M.Sc. em Engenharia de Produção pela COPPE/UFRJ. Engenheiro Mecânico pela DEM/CT/PUC-RJ. Administrador pela FEA/UFRJ e Economista pela FCE/UERJ. Odir Clécio da Cruz Roque Pública (ENSP/FIOCRUZ). Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Sanitária e Meio Ambiente da UERJ. D.Sc. em Saúde Pública pela, ENSP/FIOCRUZ. Engenheiro de Saúde Pública pela ENSP/FIOCRUZ. Engenheiro Químico pela UFRRJ. Dalton Marcondes Silva Pública (ENSP/FIOCRUZ). D.Sc. em Saúde Pública pela, ENSP/FIOCRUZ. M.Sc. em Engenharia Nuclear e Planejamento Energético pela COPPE/UFRJ.. Engenheiro Químico pela PUC-RJ. Endereço: Rua Cumplido de Santana, 375, Rio de Janeiro RJ. CEP Tel. (21) irineu_machado@uol.com.br RESUMO Este trabalho apresenta os resultados de uma experiência realizada utilizando-se um sistema de tratamento terciário, por filtração e ozonização, do efluente, de uma estação de tratamento de esgotos por lodos ativados, visando fornecer água de make up par circuitos semi-abertos do sistema de ar condicionado central de um Shopping Center. Utilizou-se duas torres de resfriamento, em escala de piloto de campo, para simular condições reais de um sistema de refrigeração. Analisando-se as propriedades físico-químicas do efluente do tratamento terciário, deste fornecido ao sistema de resfriamento após dois tipos de tratamento: elevação de ph, para diminuiçao da corrosividade, e tratamento químico convencional para controle da corrosão verificamos uma melhora substancial na qualidade da água submetida ao tratamento químico convencional. Através de um teste padronizado de corrosão, realizado utilizando a água do siste,ma de refrigeração das duas torres concluímos que o tratamento químico convencional foi eficiente no controle da corrosão. Portanto, a água tratada por filtração e ozonização poderia ser utilizada como água de make up, desde que submetida ao tratamento químico convencional. PALAVRAS CHAVE: Reúso de Águas, Torres de Resfriamento, Taxa de Corrosão, Nitrogênio amoniacal. INTRODUÇÃO O presente trabalho descreve uma experiência piloto executada em outubro de 2002 nas instalações da empresa AQUALAB QUÍMICA E SERVIÇOS LTDA. visando avaliar a viabilidade técnica do reúso do efluente proveniente de uma estação de tratamento de esgoto sanitário por lodos ativados, com posterior tratamento terciário por filtração e ozonização, com objetivo de utilização como água de makeup em um circuito de resfriamento semi-aberto do sistema de ar condicionado central de um Shopping Center. O experimento foi realizado utilizando-se duas torres piloto de resfriamento induzidas em fluxo contra-corrente. Em uma das torres piloto (torre A) foi realizado o ensaio em branco (sem tratamento químico) e na outra torre (torre B) o ensaio com tratamento químico. Objetivando prever o nível de corrosão dos materiais metálicos dos equipamentos envolvidos e sua conseqüente estimativa de vida, foi utilizado para o cálculo da taxa de corrosão o método dos corpos de prova em árvores de teste como recomendado pela ASTM D T (1955) - Corrosivity Testing of Industrial Water (Cupon Test Method). Este método foi escolhido por simular adequadamente as condições operacionais do circuito. Foram utilizados cupons de ferro e de cobre em virtude ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 de que estes materiais metálicos são os preponderantes no circuito. Foram executadas análises físico-químicas da água recebida do efluente após o tratamento terciário e dos circuitos de resfriamento piloto da torre A e da torre B. A partir dos resultados das taxas de corrosão do teste nos dois circuitos: sem e com tratamento químico, concluiu-se que é tecnicamente viável utilizar os efluentes de estações de tratamento de esgotos, após um tratamento terciário, como água de makeup em circuitos de resfriamento semi-abertos tomando-se o cuidado de oxidar o nitrogênio amônia a níveis abaixo de 1 ppm para evitar a corrosão inicialmente ao cobre e depois ao ferro devido a deposição do cobre oxidado nas superfícies ferrosas e corrosão deste por ser menos nobre que aquele. É necessário reduzir a concentração de nitrogênio amoniacal, o que pode ser realizado através de processo de tratamento de esgoto com nitrificação ou pós-tratamento para oxidar a amônia a nitrato. MATERIAIS E MÉTODOS Foram realizados dois ensaios de forma a comparar os resultados de corrosividade, a partir da água de reúso propriamente dita sem tratamento químico e com tratamento químico convencional em processos de controle de corrosão em torres de resfriamento, a saber: 1 - Ensaio em Branco (Torre A) Verificação do nível de corrosividade da água recuperada da estação de tratamento de esgotos do Shopping Center sem a aplicação de nenhum tipo de tratamento químico. 2 - Ensaio com Tratamento Químico (Torre B) Verificação do nível de corrosividade a partir da introdução de Fosfonato/Zinco/Azol (fosfonato: 15 ppm como PO 4 3- ; azol: 5 ppm e dispersante: 5 ppm), precedido por uma cloração para reduzir o nitrogênio amoniacal e controlar o desenvolvimento de microrganismos á água recuperada da estação de tratamento de esgotos. O ph foi ajustado entre 8,0 e 9,0. Obs: Em virtude do pouco tempo disponível para a apresentação dos resultados da experiência, o tempo utilizado para a exposição dos cupons de teste foi de 4 dias quando o ideal é de 60 dias. Após a montagem dos circuitos das Torres A e B conforme fluxograma abaixo, seguiram-se as seguintes etapas: A água recuperada foi colocada nas Torres A e B. Á Torre B foi adicionado o tratamento químico. Foram instalados os cupons de teste nas árvores de teste de cada torre Os dois sistemas foram recirculados por 4 dias. Foram realizadas análises físico-químicas na água recuperada recebida, no início e no fim do teste. As duas torres foram alimentadas com a própria água recuperada para compensar as perdas por evaporação e respingos. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Fluxograma dos Circuitos Árvore de teste Flúido Quente Alimentação ventilador Descarte Flúido Frio RESULTADOS Os resultados das análises físico-químicas efetuadas na água recuperada da estação de tratamento de esgotos e das torres de resfriamento estão descritos na Tabela 1 e os resultados das taxas de corrosão na Tabela 2. Tabela 1: Análises físico-químicas. Efluente Torre A Branco Sem tratamento Torre B Com tratamento Parâmetros Unidade Água 1* Água 2** Água 3** Água 4*** Água 5*** Alcalinidade total ppm CaCO 3 128,5 170,8 190,8 127,0 114,6 Condutividade μmho/cm 783,0 1105,0 1377,9 1068,0 1390,0 Cloretos ppm Cl - 155,0 210,5 273,0 198,0 251,8 Dureza total ppm CaCO 3 74,1 102,0 134,0 97,0 128,7 Ferro ppm Fe +2 0,03 0,95 1,35 0,21 0,38 Nitrogênio ppm N 2,02 1,02 0,69 0,32 0,22 amoniacal STD ppm NaCl 532,4 775,0 937,0 725,0 945,2 Sílica ppm SiO 2 5,8 6,8 9,8 8,1 9,9 ph - 7,1 8,2 8,7 8,2 8,3 Cobre ppm Cu +2-0,14 0,16 0,1 0,12 *Água (1): Saída da Estação de Recuperação recebida e analisada em 08/10/2002. **Água (2) e (4) analisadas em 15/10/2002. ***Água (3) e (5) analisadas em 19/10/2002. Observando-se os resultados apresentados na Tabela 1, verificamos que devido ao processo de evaporação, que ocorre nas torres de resfriamento, as amostras coletadas nas torres apresentaram valores de alcalinidade total, condutividade, cloreto, dureza, STD e sílica mais elevados do que os da água de alimentação do sistema (água 1). Outros parâmetros, como o ferro e o cobre, apresentaram valores mais elevados nas amostras coletadas nas torres, devido ao processo corrosivo. Especialmente na torre A foram observados os maiores valores, o que deve estar associado a um processo corrosivo mais intenso. Os valores reduzidos de nitrogênio amoniacal, obtidos nas amostras coletadas nas torres A e B, se devem a dois fatos: redução devido as reações ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 com o cobre e o ferro, especialmente na torre A, e redução devido a oxidação a nitrato através da cloração, apenas na torre B (a única cuja água foi tratada quimicamente para reduzir a corrosão. Na água usada na alimentação da torre B foi aplicado azol, que é um composto químico que inibe a corrosão do cobre, o que explica os valores reduzidos de cobre nas amostras da torre B. A tabela 2 apresenta os resultados obtidos nas determinações das características físicas dos cupons colocados no sistema de recirculação das torres de resfriamento, que foram utilizados no cálculo da taxa de corrosão. Tabela 2: Resultados obtidos das taxas de corrosão conforme ASTM. Torre A (sem tratamento químico) Torre B (com tratamento químico) Item Unidade Cupon de ferro Cupon de cobre Cupon de ferro Cupon de cobre n 05 n 06 n 24 n 40 n 07 n 08 n 04 n 03) Área do cupon (A) cm 2 19,5 19,5 18,76 18,76 19,5 19,5 18,2 18,2 Massa inicial cupon (MI) g 10, ,5560 8,5589 8, , ,4722 8,7312 8,4778 Massa final do cupon (MF) g 10, ,4865 8,5512 8, , ,4633 8,7288 8,4744 Diferença (MI - MF) g 0,0854 0,0695 0,0077 0,0085 0,0096 0,0089 0,0024 0,0034 Tempo exposição (T) dias Massa específica cupon (μ) g/cm 3 7,86 7,86 8,92 8,92 7,86 7,86 8,92 8,92 Taxa de corrosão *mpy 20,02 14,35 1,65 1,82 2,25 2,086 0,531 0,752 *mpy milésimo de polegada de penetração por ano. As taxas de corrosão foram calculadas de acordo com a seguinte fórmula: mpy = perda de massa (MI-MF) X 1,437 X 10 5 / Área X tempo X massa específica do metal Aplicando a fórmula acima, os valores médios encontrados para as taxas de corrosão para os dois circuitos foram: Torre A: Taxa Média de Corrosão do Fe = (20,02+14,35)/2 = 17,185 mpy Torre A: Taxa Média de Corrosão do Cu = (1,65+1,82) /2 = 1,735 mpy Torre B: Taxa Média de Corrosão do Fe = (2,25+2,086) / 2 = 2,168 mpy Torre B: Taxa Média de Corrosão do Cu = (0,531+0,752) /2 = 0,641 mpy A previsão de vida dos materiais metálicos das torres de resfriamento pode ser verificada confrontando as taxas de corrosão obtidas na Tabela 2 com as faixas estabelecidas na tabela 3: ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 Tabela 3: Taxa de corrosão ao ferro e cobre versus previsão de vida. Taxa de corrosão do aço doce Taxa de corrosão do cobre Taxa mpy Previsão de vida Controle corrosão Taxa mpy Previsão de vida Controle corrosão 0 2 Acima de 70 anos Excelente 0 1 Acima de 65 anos Excelente a 70 anos Bom a 65 anos Bom a 28 anos Fraco a 32 anos Fraco a 17 anos Pobre a 21 anos Pobre anos Intolerável 4 16 anos Intolerável Considerando a tabela 3, verificam-se os seguintes controles da corrosão: Torre A: Taxa Média de Corrosão do Fe = 17,185 mpy Controle da corrosão: Intolerável Torre A: Taxa Média de Corrosão do Cu = 1,735 mpy Controle da corrosão: Boa Torre B: Taxa Média de Corrosão do Fe = 2,168 mpy Controle da corrosão: Boa Torre B: Taxa Média de Corrosão do Cu = 0,641 mpy Controle da corrosão: Excelente CONCLUSÃO E RECOMENDAÇÕES A partir dos resultados das taxas de corrosão do teste nos dois circuitos: sem e com tratamento químico, concluiu-se que é tecnicamente viável utilizar os efluentes de estações de tratamento de esgotos, após um tratamento terciário, como água de makeup em circuitos de resfriamento semi-abertos tomando-se o cuidado de oxidar o nitrogênio amônia a níveis abaixo de 1 ppm para evitar a corrosão inicialmente ao cobre e depois ao ferro devido a deposição do cobre oxidado nas superfícies ferrosas e corrosão deste por ser menos nobre que aquele. De acordo com as taxas de corrosão encontradas nos dois circuitos piloto, concluiu-se que a utilização dos efluentes de estações de tratamento de esgotos com posterior tratamento terciário como água de make up de circuitos de resfriamento semi-abertos é tecnicamente viável desde que cuidados com a redução dos níveis de nitrogênio amoniacal sejam tomados e um tratamento químico compatível seja aplicado. Considerando que sistemas de resfriamento são reconhecidamente grandes consumidores de água e os efluentes das estações de tratamento de esgotos são descartados, testes mais aprofundados, inclusive com tempo de exposição dos cupons de teste mais longo, são necessários para confirmar a viabilidade técnica do reúso destes efluentes. Levantamento de custos também devem ser efetuados uma vez que o grande consumo de água tratada para reposição em torres de resfriamento pode ser evitado com a substituição por este efluente e a partir da viabilidade técnica, torna-lo também viável sob o aspecto econômico. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ASTM - Corrosivity Testing of Industrial Water (Cupon Test Method) D T (1955). 2. CTI, Cooling Tower Institute. Cooling Tower Manual. Cooling Tower Performance Variables, Houston, CTI. Cooling Tower Institute. Cooling Tower Manual. Cooling Tower Operations, Houston, DANTAS, E. Geração de Vapor e Água de Refrigeração, p GENTIL, V. Corrosão, Editora Guanabara Dois S.A., 1985, p ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5