II-030 DESEMPENHO DE PRODUTOS QUÍMICOS NO PROCESSO CEPT: TESTE DE JARRO E ESCALA PILOTO

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1 II-030 DESEMPENHO DE PRODUTOS QUÍMICOS NO PROCESSO CEPT: TESTE DE JARRO E ESCALA PILOTO Iene Christie Figueiredo¹ Doutoranda da Área Interdisciplinar em Engenharia Ambiental - COPPE/UFRJ. Eduardo Pacheco Jordão Dr.Eng., Professor Adjunto do Depto. de Recursos Hídricos e Meio Ambiente - Escola Politécnica/UFRJ. Isaac Volschan Junior D.Sc., Professor Adjunto do Depto. de Recursos Hídricos e Meio Ambiente - Escola Politécnica/UFRJ. Márcia Dezotti D.Sc., Professora Adjunta do Programa de Engenharia Química - COPPE/UFRJ. José Paulo Soares de Azevedo Ph.D, Professor Adjunto do Programa de Engenharia Civil - COPPE/UFRJ. Endereço (1) : Rua Monte Alegre, 216 Santa Tereza Rio de Janeiro - RJ - CEP: Brasil - Tel: (21) RESUMO O desenvolvimento de novos produtos químicos, mais eficientes nos processos de coagulação e floculação, viabilizou técnica e economicamente a implementação do Tratamento Primário Quimicamente Assistido (CEPT - Chemical Enhanced Primary Treatment) para o tratamento de esgotos sanitários. Algumas vantagens são atribuídas ao emprego dessa tecnologia, destacando-se a elevada remoção de sólidos, matéria orgânica e fósforo sob altas taxas de aplicação hidráulica. Tais benefícios subsidiaram a adoção desta tecnologia em estações de tratamento de esgotos de pequeno, médio e grande porte, implantadas recentemente e já em operação nos municípios de Riviera de São Lourenço/SP, Armação de Búzios/RJ, Cabo Frio/RJ, Goiânia/GO e Rio de Janeiro/RJ. O Teste de Jarro é um ensaio capaz de estimar as dosagens de produtos químicos que devem ser aplicadas em fluxo contínuo, sendo também indicado para o acompanhamento operacional do processo CEPT. Todavia, por apresentar características de escoamento e de agitação diferentes das condições reais, seus resultados apresentam desvios em relação aos resultados de campo. Nesse sentido e considerando tratar-se o CEPT de tecnologia emergente e de conhecimento ainda incipiente para a realidade brasileira, este trabalho tem como objetivos: (a) avaliar diferentes produtos químicos com auxílio do Teste de Jarro, e selecionar aqueles que melhor desempenho apresentem para o tratamento de esgotos através do processo CEPT; e (b) comparar as dosagens ótimas dos coagulantes selecionados em bancada com àquelas aplicadas em unidade piloto operando em fluxo contínuo. Destaca-se que o presente estudo foi desenvolvido no âmbito do PROSAB (MCT/FINEP, Edital 4). Os coagulantes que se mostraram mais adequados, a partir dos ensaios de bancada, para aplicação em escala piloto foram: cloreto férrico, Panfloc TE, Panfloc TE 6500 e. Todavia observou-se variações entre as dosagens estabelecidas em laboratório àquelas requeridas em fluxo contínuo. Essas diferenças se mostraram mais sensíveis quando utilizados os coagulantes Panfloc TE e Panfloc TE PALAVRAS-CHAVE: Tratamento Primário, Físico-Químico, Coagulação, Floculação, CEPT. INTRODUÇÃO O Tratamento Primário Quimicamente Assistido, usualmente conhecido como CEPT, se baseia na remoção de sólidos suspensos através de processos físico-químicos de coagulação, floculação e sedimentação. O processo permite a obtenção de elevadas eficiências de remoção de sólidos, matéria orgânica e fósforo, mesmo sob altas taxas de aplicação superficial (TAS). Quando empregado antecedendo o tratamento secundário, face às elevadas remoções que promove, permite a redução das dimensões das unidades subsequentes. Ao ser adaptado em estações de tratamento já existentes, o CEPT assimila a eventual sobrecarga orgânica submetida ao tratamento secundário, adequando-o a condições operacionais ideais. Desponta também como solução tecnológica aplicável, para os casos de estações de ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 tratamento de esgotos sujeitas a variações temporárias de vazão em função, por exemplo, do atendimento a populações flutuantes (JORDÃO et al., 2002) Para geração de menores quantidades de lodo, obtenção de melhores eficiências de remoção e aplicação de maiores TAS, HARLEMAN & MURCOTT (2001) destacam a necessidade de direcionar estudos para um melhor entendimento da relação entre os coagulantes e os dispositivos de mistura. O presente trabalho encontra-se estruturado segundo duas etapas. A primeira objetivou selecionar, com auxílio do ensaio de Jar Test, os produtos químicos a serem empregados em escala piloto, para que na segunda etapa, os reagentes selecionados na fase anterior fossem aplicados em uma unidade experimental de fluxo contínuo. MATERIAIS E MÉTODOS A unidade de tratamento CEPT é uma das 15 unidades experimentais que compõem o Centro Experimental de Tratamento de Esgotos da UFRJ. O CETE/UFRJ tem como missão atender aos objetivos acadêmicos de ensino e pesquisa dos cursos de graduação e pós-graduação da UFRJ voltados à engenharia de recursos hídricos, sanitária e ambiental. Consiste em uma central de operações, processos e tecnologias dotada das seguintes unidades de tratamento de esgotos: grade de barras, desarenador por gravidade, desarenador aerado, decantação primária convencional, decantação primária quimicamente assistida, reator UASB, tanque séptico, filtro anaeróbio, filtro aerado submerso, lodos ativados, lagoa aerada, lagoa de sedimentação, lagoa facultativa e lagoa de maturação. Todas as unidades de tratamento apresentam capacidade para população equivalente da ordem de 500 habitantes. ETAPA 1 ENSAIOS DE BANCADA Os testes de jarro foram realizados no Laboratório de Engenharia de Meio Ambiente da Escola Politécnica da UFRJ, utilizando esgotos sanitários com as seguintes características médias: 400 mg DQO/L, 170 mg DBO/L e 250 mg SST/L. Nesta etapa, para a avaliação e seleção dos produtos químicos a serem utilizados em fluxo contínuo, teve-se como referência a eficiência de remoção de 80% de turbidez, considerando-a equivalente à desejada eficiência de remoção de SST para o CEPT. As análises de turbidez foram realizadas com auxílio de turbidímetro portátil Orbeco-Hellige, modelo 966-R1. Os ensaios de bancada desenvolveram-se de acordo com a seguinte metodologia: a) Mistura Rápida (rotação de 120 rpm, durante 1 minuto): no início dessa etapa, com o agitador já ligado, procedeu-se a adição do coagulante. A aplicação do polímero, quando ocorreu, foi feita após o primeiro minuto do teste. b) Mistura lenta (rotação de 40 rpm, durante 12 minutos): nessa etapa foi possível observar de maneira qualitativa as características dos flocos formados (tamanho, velocidade de sedimentação, etc.). c) Decantação (sem agitação durante 20 minutos): ao final desse período procedeu-se a coleta das amostras de sobrenadante, de forma simultânea em todos os frascos. Os parâmetros utilizados para avaliação do desempenho de cada produto foram: turbidez (em NTU) e ph. Os produtos químicos avaliados nos experimentos e suas principais características estão apresentados na Tabela 1. Dentre estes, somente o cloreto férrico (FeCl 3 ) foi associado a polímeros aniônico e catiônico. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Tabela 1 Produtos químicos avaliados nos Testes de Jarro Produto Químico Fornecedor Características* Cloreto Férrico Pan Americana S.A. Densidade (g/cm³): 1,44 ± 0.02 Teor mínimo de FeCl 3 : 38% Teor máximo de insolúveis: 0,5% Panfloc TE Pan Americana S.A. Densidade (g/cm³): 1,3 1,4 Teor de Al 2 O 3 : 16% - 18% Panfloc TE 6500 Pan Americana S.A. Densidade (g/cm³): 1,24 1,33 Teor de Al 2 O 3 : 10% - 11% Panfloc TE Hiperplus Pan Americana S.A. Densidade (g/cm³): 1,3 1,4 Teor de Al 2 O 3 : 22% Panfloc P 1009 Pan Americana S.A. Densidade (g/cm³): 1,23 1,27 Teor de Al 2 O 3 : 8,3% - 10,2% Tanac S.A. Polímero orgânico catiônico de baixo peso molecular, fornecido em pó. * Fonte: Catálogo dos fornecedores ETAPA 2 OPERAÇÃO EM FLUXO CONTÍNUO Nesta etapa buscou-se a avaliar o comportamento dos produtos químicos selecionados na fase anterior, quando aplicados numa unidade CEPT em escala piloto, submetida a vazão de 2 L/s e equivalente a uma TAS de 100 m³/m².dia. Os produtos aplicados foram: Panfloc TE, Panfloc TE 6500, FeCl 3 e. No presente estudo, o aparato experimental foi constituído por grade de barras, desarenador, bombas peristálticas dosadoras de coagulantes e floculantes, medidores de vazão de esgotos e de ar, e decantador primário, conforme ilustra o fluxograma da Figura 1. Figura 1: Fluxograma do aparato experimental Reservatório Esgoto Afluente Gradeamento e Caixa de Areia Rotâmetros de Esgoto Dosagem de Coagulante Caixa de Areia Aerada Poço de Sucção Esgoto Bruto Rotâmetro de Ar Compressor CEPT Os coagulantes foram aplicados, por meio de bombas peristálticas dosadoras, na entrada da caixa de areia aerada cujas dimensões são: 1,50 m de comprimento, 0,50 m de largura e 0,80 m de lâmina d água. A turbulência causada pelo ar injetado na unidade, com auxílio de um compressor sob a vazão de 100 L/h, promove as etapas de coagulação e floculação do processo físico-químico. A unidade de decantação apresenta seção superficial quadrada com 1,30 m de lado; 1,20 m de altura de sedimentação e fundo tronco piramidal. O desempenho do processo CEPT nesta etapa do trabalho foi avaliado segundo amostras compostas, de acordo com os seguintes parâmetros físico-químicos: DQO, DBO e SST. As análises foram processadas no Laboratório de Engenharia do Meio Ambiente da Escola Politécnica da UFRJ, segundo as determinações estabelecidas no Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (1998). ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO Em relação a primeira etapa do trabalho, os testes de bancada indicaram a remoção de turbidez entre 40 e 60% para a decantação convencional. Esses resultados superaram a remoção de 80% quando os produtos químicos que eram utilizados. O gráfico da Figura 2 demonstra os resultados obtidos em um dos ensaios de jarros realizados, em relação a remoção de turbidez. A Figura 3 ilustra as características qualitativas desses jarros após 20 minutos de sedimentação. Figura 2 Turbidez após 20 minutos de decantação NTU (20 ) - e respectiva eficiência de remoção de turbidez - E% NTU (20') E% Bruto Decantado TE (35ppm) TE 6500 (56ppm) Hiperplus (25ppm) (12ppm) FeCl3 (70ppm) Figura 3 Ensaio de Jar Test após 20 minutos de decantação Decantação Convencional Panfloc TE 35 mg/l TE mg/l Hiperplus 25 mg/l 12 mg/l FeCl 3 70 mg/l Para a remoção de 80% da turbidez, obteve-se as seguintes dosagens ótimas de cada um dos 6 diferentes produtos químicos utilizados: 70 mg/l de FeCl 3, quando aplicado sozinho, ou 15 mg/l de FeCl 3, quando associado a 1 mg/l de polímero (aniônico ou catiônico). 25 mg/l de Panfloc Hiperplus. 30 mg/l de Panfloc TE. 46 mg/l de Panfloc TE mg/l de Panfloc TE mg/l de. A variação de ph se mostrou mais expressiva quando utilizados o FeCl 3 e o Panfloc TE como coagulantes, como demonstrado na Figura 4. Todavia, tais variações não indicaram prejuízo ao efluente clarificado. Considerando os resultados obtidos nos testes de jarro e os respectivos custos de aquisição dos reagentes, procedeu-se a seleção dos seguintes produtos: FeCl 3, Panfloc TE, Panfloc TE 6500 e. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 Figura 4 Variação do ph do esgoto decantado em relação ao esgoto bruto 7,2 7,15 7,1 7,05 Bruto 7 6,95 6,9 6,85 6,8 Decantado TE (35ppm) TE 6500 (56ppm) Hiperplus (25ppm) (12ppm) FeCl3 (70ppm) A partir das dosagens pré-definidas Etapa 1 e considerando a remoção mínima desejada de 85% de SST, foram então otimizadas novas dosagens dos 4 produtos químicos selecionados, agora aplicados ao aparato experimental de fluxo contínuo. A Tabela 2 apresenta os resultados obtidos. Tabela 2: Resultados obtidos na operação do CEPT em bancada e fluxo contínuo Bancada Escala Piloto Remoção Média (%) Produto Dosagem (mg/l) Dosagem (mg/l) DQO DBO SST Número de Amostras Dosagem Piloto/ Bancada Panfloc TE ± ± ± 7 9 1,83 Panfloc TE ± ± ± ,20 FeCl ± ± 8 73 ± 3 3 0, , ,83 Para a obtenção do padrão de qualidade desejado, verifica-se que as dosagens requeridas no experimento de fluxo contínuo variaram em relação às dosagens pré-definidas no ensaio de Jar Test. No caso, maiores dosagens foram requeridas dos produtos Panfloc TE e Panfloc TE 6500, e menores dosagens de Cloreto Férrico e. Percebe-se que no único ensaio realizado, o produto apresentou excelente performance em relação a remoção de DQO, DBO e SST. O Panfloc TE 6500 proporcionou resultados de remoção de SST inferiores aos obtidos no ensaio de Jar Test, mesmo com a aplicação de dosagens 220% mais elevadas. Apesar do Panfloc TE ter alcançado as mesmas eficiências de remoção em ambas etapas, percebe-se a maior dosagem aplicada em fluxo contínuo. O FeCl 3 apresentou desempenho semelhante ao padrão obtido em unidades CEPT, tanto para o ensaio de Jar Test como para ensaio em fluxo contínuo. CONCLUSÕES Percebe-se, a partir deste estudo, as variações entre as dosagens estabelecidas nos ensaios de Jar Test e àquelas requeridas nos escala piloto. Obteve-se também diferentes desempenhos em relação a remoção de DQO, DBO e SST. Os ensaios realizados disponibilizam, no entanto pouca quantidade de dados para qualquer comparação estatística entre os resultados. O monitoramento da unidade segundo o delineamento experimental proposto neste trabalho e ainda segundo diferentes taxas de aplicação superficial e/ou formas de injeção e de mistura dos reagentes deve ser continuado. Recomenda-se atenção em relação aparato experimental de fluxo contínuo no que se refere aos dispositivos de coagulação, floculação e sedimentação, dada sua importância sobre a performance do processo CEPT. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 A otimização da dosagem de produtos químicos e da taxa de aplicação superficial deve não somente considerar as eficiências de remoção obtidas, como também a quantidade de lodo gerado. Recomenda-se ainda que a continuidade dos estudos inclua na avaliação de desempenho do CEPT na remoção de fósforo. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. APHA;AWWA;WPCF. Standard Methods for the examination of Water and Wastewater. Amer. Public Health Assoc., Americ. Water Works Association, Water Pollution Control Federation, Washington, D.C., HARLEMAN, D. R. F. e MURCOTT, S. An Innovative Appoch to Urban Wastewater Treatment in the Developing World. Water 21, pp , June, JORDÃO, E. P., VOLSCHAN JR., I., ÁVILA, R. O. e SOUSA, E. C. Tratamento Primário Quimicamente Assistido (CEPT) e Reatores Anaeróbios de Fluxo Ascendente (UASB) Comparação de Custos de Implantação e Operação. Simpósio Luso-Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental SILUBESA, ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

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