ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental II - 059

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1 O PROBLEMA DA CARACTERIZAÇÃO QUALITATIVA E QUANTITATIVA DOS EFLUENTES GERADOS NAS ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA - O CASO DA UNIDADE DE TRATAMENTO E RECUPERAÇÃO DE RESÍDUOS - UTR DO SISTEMA RIO DAS VELHAS Alaor de Almeida Castro (1) Engenheiro Civil e Sanitarista pela Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais-EEUFMG é professor do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental - DESA da EEUFMG sendo ainda Diretor da Holos Engenharia Sanitária e Ambiental Ltda. FOTO Ana Maria Vitoriano Dias Engenheira Civil e Sanitarista pela Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais-EEUFMG é atualmente coordenadora de projetos da Holos Engenharia Sanitária e Ambiental Ltda. Célia Regina Alves Rennó Engenheira Civil e Sanitarista pela Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais-EEUFMG é atualmente chefe da Divisão de Planejamento e Pesquisa de Recursos Hídricos da Diretoria de Meio Ambiente da Companhia de Saneamento de Minas Gerais - COPASA MG. Lísio Alfredo Siqueira César Técnico de Desenvolvimento Institucional da Companhia de Saneamento do Estado de Minas Gerais - COPASA MG, atualmente na DVRV - Divisão de Serviços de Produção do Sistema Rio das Velhas. Max Demattos Engenheiro Civil pela Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais- EEUFMG, atualmente trabalhando na Divisão de Serviços de Apoio -DVAP da Companhia de Saneamento de Minas Gerais - COPASA MG. Túlio Antônio Silva Monteiro Engenheiro Químico pela Universidade Federal de Minas Gerais-EEUFMG, com pós Graduação em Biotecnologia pelo Instituto Nacional Politécnico de Toulouse - França, atualmente trabalhando na Divisão de Planejamento e Pesquisa de Recursos Hídricos da Companhia de Saneamento de Minas Gerais- COPASA MG. Endereço (1) : Alameda Serra do Cabral, Vila Del Rey - Nova Lima - MG - CEP: Brasil - Tel: (031) Fax: (031) RESUMO A elaboração dos estudos para a Unidade de Tratamento de Resíduos - UTR - do Sistema de Abastecimento de Água do Rio das Velhas na Região Metropolitana de Belo Horizonte-RMBH foi contratada pela COPASA MG com a Holos Engenharia a fim de avaliar e subsidiar as ações necessárias à preservação da qualidade das águas deste manancial. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1423

2 A concepção da UTR, bem como os dados básicos da unidades principais, estão apresentadas no trabalho Soluções para Tratamento de Resíduos de Estação de Tratamento de Água - Proposta para unidade de Tratamento de Resíduos (UTR) do Rio das Velhas na RMBH. Quando da elaboração dos estudos despontou como de fundamental importância a caracterização, tanto qualitativa, quanto quantitativa dos efluentes a serem processados. Busca-se, aqui, a partir de uma comparação com a experiência internacional na solução de questões semelhantes determinar as vazões dos efluentes produzidos na Estação de Tratamento de Água - ETA, tendo sido empregados tanto recursos pitométricos, quanto medições com vertedouros para sua definição. A caracterização qualitativa dos efluentes se fez com o exame de amostras dos resíduos produzidos, assim como pela avaliação dos dados históricos referentes à qualidade da água bruta. Conclui o trabalho pela expressiva diferença entre os efluentes produzidos na lavagem dos filtros e aqueles oriundos das descargas dos decantadores. Enquanto os primeiros apresentam uma constância ao longo do ano, uma grande variação é marca característica dos efluentes dos decantadores. Cumpre mencionar que às variações qualitativas se associam, em igual proporção, as flutuações na quantidade, sendo relevante destacar, que nos períodos críticos, as descargas dos decantadores chegam a assumir 75% do volume total de efluentes, valor este que é 7,5 vezes maior que aqueles indicados pela literatura. PALAVRAS-CHAVE: Tratamento, Lodo, Efluente, Resíduos. OBJETIVO O objetivo do presente trabalho é apresentar as variáveis estudadas quando da caracterização qualitativa e quantitativa dos resíduos da Estação de Tratamento de Água - ETA - do Sistema Rio das Velhas, operada pela Companhia de Saneamento de Minas Gerais-COPASA MG - e responsável por parte do abastecimento da Região Metropolitana de Belo Horizonte. Estes estudos têm sua importância devido à carência de informações apropriadas às características brasileiras, uma vez que são recentes os projetos e instalações de Unidades de Tratamento e Recuperação - UTR - dos resíduos de ETA s. METODOLOGIA INTRODUÇÃO A bibliografia disponível sobre UTR s de ETA s cita parâmetros referentes as estações européias ou norte americanas, onde a qualidade da água bruta afluente à ETA tem características físico-químicas bastante diferentes do caso em análise, não tendo sido encontrada nenhuma referência a dados e experiências brasileiras no trato de questões semelhantes. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1424

3 Uma das características nas unidades de tratamento citadas na bibliografia consultada é a pequena variação da qualidade da água afluente à ETA, ao contrário da maioria das estações brasileiras, com captação a fio d água, onde estas variações são pronunciadas, o que altera de maneira significativa as características dos resíduos gerados durante a operação, conforme mostraremos neste trabalho. Adotou-se, como partido metodológico, a determinação, em campo, das variáveis principais envolvidas no processo, buscando-se encontrar os elementos comuns que permitissem a extrapolação dos resultados, de tal forma a se ter, ao final dos trabalhos de caracterização, os parâmetros a serem empregados no dimensionamento das unidades que compõem a UTR. O Estudo de Caso - Unidade de Tratamento e Recuperação de Resíduos do Sistema Rio das Velhas Generalidades A ETA do Sistema Rio das Velhas é do tipo convencional, com capacidade para tratar atualmente 6,0 m 3 /s, e possui as seguintes unidades: Calha Parshall de 10, mistura rápida mecanizada, 16 (dezesseis) floculadores com 4 (quatro) câmaras dotadas de agitadores de fluxo axial, 4 (quatro) decantadores tipo piscina com raspadores mecânicos e 16 (dezesseis) filtros de leitos simples com lavagem através de reservatório elevado. A bacia hidrográfica do Rio das Velhas à montante da captação tem uma superfície de Km 2, está localizada no quadrilátero ferrífero, na porção central de Minas Gerais, e é ocupada principalmente por minerações de ferro. Além disto a ocupação urbana, associada às demais atividades antrópicas na bacia, conferem à água bruta captada uma acentuada variação de qualidade ao longo do ano. A captação do sistema é precedida por um canal de pré sedimentação que, para facilidades operacionais, é dividido em dois tramos, denominados Alça Direita e Alça Esquerda, permitindo, na atual rotina, que, enquanto se capta a água de um deles, pelo outro se faz a passagem da vazão remanescente. Caracterização Quantitativa do Resíduo A avaliação quantitativa dos resíduos a serem tratados na UTR partiu, em primeiro lugar, de uma aferição com os padrões internacionais mencionados na bibliografia consultada. Em linhas gerais pode-se dizer que a vazão média de resíduos gerados em uma ETA, nestes estudos, se encontra na faixa entre 1 a 3% da vazão tratada, sendo que deste valor 10% referem-se à descarga de decantadores e 90% à água de lavagem de filtros. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1425

4 Como se verifica a seguir os resultados encontrados para a UTR Rio das Velhas apontaram para uma vazão média dos resíduos na faixa sugerida pela literatura, porém com acentuada diferença na proporção entre as descargas de filtros e decantadores. Para a obtenção da vazão média de lavagem dos filtros empregou-se os recursos da pitometria, tendo-se encontrado o valor médio de 838 l/s, bem como o tempo médio de lavagem de 10 min., o que totaliza um volume de 503 m 3 gasto na lavagem de cada filtro. Considerando-se que, ao longo do ano, a carreira de filtração varia entre 23 e 39 horas, o volume médio diário descartado na lavagem dos 16 filtros varia de m 3 a m 3 respectivamente, ou seja, uma vazão média variando entre 97,2 l/s e 57,3 l/s, correspondendo, portanto a um percentual de 1,62% a 0,96% da vazão afluente à ETA. Os decantadores possuem duas descargas, uma automática, acionada por raspador mecânico, e outra manual. A determinação das vazões de descarga foi conduzida a partir da instalação de um medidor retangular no canal de recolhimento das águas de lavagem e a operação dos decantadores nas várias hipóteses de projeto, simulando-se as condições de contorno da seqüência normal de operação da ETA Rio das Velhas. Os resultados encontrados mostraram que a vazão da descarga automática é de 78,4 l/s e o tempo de abertura é regulado em função da qualidade de água bruta, variando entre 5 e 21 minutos. A abertura desta descarga é acionada a cada percurso completo do raspador mecânico, ou seja, a cada 125 minutos. Quando a qualidade da água bruta chega a valores extremos é necessário que se abra a descarga manual, o que conduz a uma vazão de descarga total no decantador de 269, 0 l/s. O tempo de abertura desta descarga pode chegar a 13 minutos, ainda em condições normais de operação. Considerando-se que a ETA possui 4 (quatro) decantadores, o volume médio diário descartado por eles varia entre 1084 m 3 ( apenas a descarga automática operando por 5 minutos) e m 3 ( descarga automática funcionando 21 minutos e a manual operando 13 minutos). Estes valores correspondem a vazões médias que variam entre 12,5 l/s e 175,3 l/s, correspondendo a 0,21% e 2,92% da vazão de água bruta. Vale lembrar que há uma inversão na produção dos efluentes quanto se toma a qualidade da água bruta. De fato, nos períodos com água de melhor qualidade a carreira dos filtros é menor, representando um descarte maior, enquanto a descarga dos decantadores é mais reduzida. Ocorre o contrário quando se dá uma piora na qualidade da água efluente à ETA. Assim o descarte de resíduos representa percentuais que variam de 1,83% a 3,88%, condizentes com os dados internacionais. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1426

5 Quanto à composição dos mesmos encontramos que a lavagem de filtros varia de 88% a 25%, enquanto a descarga dos decantadores representa 12% a 75%, restando claro a influência da qualidade da água a ser tratada na composição final dos resíduos. De fato, para as condições de operação com água de boa qualidade os números encontrados se aproximam dos padrões internacionais, no entanto vale lembrar que quando a água bruta apresenta-se em condições precárias temos uma inversão da contribuição, passando a descarga dos decantadores a representar a parcela mais expressiva dos resíduos gerados. Este fato terá grande repercussão no projeto e dimensionamento da UTR, como se mostra no trabalho Soluções para Tratamento de Resíduos de Estação de Tratamento de Água- Propostas para a Unidade de Tratamento de Resíduos ( UTR ) do Rio das Velhas na RMBH, também apresentado neste Congresso. Caracterização Qualitativa do Resíduo A caracterização qualitativa do resíduo gerado na ETA foi feita através de amostras compostas, coletadas a intervalos de 30 segundos, tanto para a água de lavagem dos filtros quanto para a descarga dos decantadores. Foram efetuadas análises físico-químicas nas amostras assim coletadas, sendo os resultados mais relevantes, para os fins deste trabalho, apresentados na Tabela 1 a seguir. Tabela 1: Concentração de sólidos (mg/l). UNIDADE DATA DA CAMPANHA 14/11/94 14/12/95 20/12/95 22/02/96 FILTROS 668 ST ST SST SST - DECANTADORES ST ST ST ST SST SST ST ST ST SST SST SST SST Como se verifica a água de lavagem de filtros apresentou qualidade quase constante para as várias épocas do ano, podendo ser apontado um valor médio em torno de 600 mg/l para sólidos totais. Já a água da descarga dos decantadores apresentou expressivas variações na concentração de sólidos totais, valores estes relacionados com a qualidade da água bruta afluente à ETA. Os valores encontrados variaram de mg/l até mg/l. A relação entre sólidos suspensos e sólidos totais variou entre 0,49 e 0, o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1427

6 Como conseqüência das análises efetuadas foi encontrado um padrão de comportamento dos resíduos gerados que mantém uma relação direta de causalidade com a qualidade da água bruta. Pode-se afirmar que a quantidade de sólidos a ser processada pela UTR é função direta da sua presença na água do Rio das Velhas. A medição de sólidos, no entanto, não é uma tarefa que possa ser incorporada como rotina para o subsídio das decisões operacionais, pela complexidade inerente à obtenção dos dados. Para encontrar encontrar uma forma de tornar mais fácil a operacionalização esta conclusão procedeu-se a um estudo objetivando correlacionar o sólidos presentes no manancial com a turbidez medida na água bruta, uma vez que a rotina de trabalho da ETA Rio das Velhas, apresenta a medição de turbidez como o parâmetro mais facilmente alcançável. Uma inspeção inicial nos dados disponíveis sobre a qualidade da água do Rio das Velhas, objeto de monitoramento sistemático por parte da COPASA MG, apontou esta possibilidade. No ano de 1996 a turbidez variou, na água captada, de 6 u.t, no período de estiagem até u.t. no período de chuvas. As Figuras 1 a 3, a seguir, permitem uma visualização destes resultados. Figura 1: Histograma de distribuição dos sólidos em suspensão na Alça Direita do Rio das Velhas - Junho de 1990 a outubro de Figura 2: Histograma de distribuição da turbidez na água bruta captada na Alça Direita do Rio das Velhas- Junho de 1990 a Outubro de o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1428

7 Figura 3: Diagrama de dispersão dos sólidos em suspensão e da turbidez da água bruta captada na Alça Direita do Rio das Velhas - Junho de 1990 a Outubro de Na busca por uma equação que representasse os dados encontrou-se que a função que melhor se ajustou aos dados foi a curva de potência, apresentando valores de coeficiente de correlação bastante elevados, quando se trabalha com dados reais, como é o caso. Apresenta-se a seguir, na Tabela 2, os resultados encontrados. Tabela 2: Correlação entre sólidos e turbidez na água bruta. Curva de Potência ---- y = a x b onde: y = Sólidos em suspensão na água bruta x = Turbidez na água bruta 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1429

8 Parâmetros ALÇA DIREITA ALÇA ESQUERDA CONJUNTO a b r ,8370 A Experiência da COPASA - MG A COPASA MG projetou e construiu a ETA Rio Manso que é dotada de uma UTR. A estação é do tipo convencional e, por captar água de um lago, foram adotados, em projeto, parâmetros citados em bibliografia para o dimensionamento do tratamento dos resíduos. A qualidade da água de lavagem dos filtros da ETA Rio Manso é bastante diferente da encontrada na ETA Rio da Velhas, destacando-se a velocidade de sedimentação do lodo e a cor do sobrenadante que retorna ao início do processo de tratamento da ETA. Outra experiência da COPASA MG acontece na ETA Morro Redondo, onde a partir 1992 utiliza-se o canal de descarga da ETA como poço de acumulação da água de lavagem dos filtros e, com a instalação de bombas submersas neste canal, é feito o recalque desta água para o início do processo de tratamento. A qualidade deste resíduo é bastante semelhante àquela obtido na lavagem dos filtros da ETA Rio das Velhas. Estas experiências foram incorporadas ao projeto da UTR Rio das Velhas. CONCLUSÃO De acordo com os dados obtidos neste estudo verifica-se que os parâmetros citados na bibliografia disponível não se aplicam às características encontradas nos resíduos da ETA estudada. Outra conclusão é que a qualidade, e a quantidade, dos resíduos produzidos nas ETA s estão diretamente relacionados à qualidade da água bruta e ao processo de tratamento utilizado. Como recomendação sugere-se que, antes do início de qualquer projeto de unidades de tratamento e recuperação de resíduos, proceda-se a um estudo completo de caracterização dos mesmos. Especificamente no que tange à UTR Rio das Velhas obteve-se, ainda, as seguintes conclusões:? grande diferença entre os resultados apresentados pelos sólidos presentes na água de lavagem dos filtros e aqueles oriundos das descargas dos decantadores; 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1430

9 ? relativa constância dos valores de sólidos na água de lavagem dos filtros, principalmente quando se considera seus valores absolutos, podendo-se assumir, para efeito de segurança, uma concentração máxima de 700 mg/l, nos cálculos envolvendo estas unidades;? expressivas diferenças entre as concentrações de sólidos, que oscilaram entre mg/l e mg/l, relativas às descargas dos decantadores, explicadas pelas variações na qualidade da água bruta. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. COPASA - MG. Sistema de disposição final de água de lavagem dos filtros da ETA Serra Azul - Estudos preliminares. Belo Horizonte - MG, Set CORDEIRO, J. S., HESPANHOL I. Reuso de lodos de estações de tratamento de água. XI Congresso de Engenharia Sanitária e Ambiental. Fortaleza - CE, Set CORNWELL, et alli, Slib, Schlamm, Sludge. Denver: AWWARF, p. 4. CULP, G. L., CULP R.L..New concepts in water purification. Litton Educational Publishing,Inc, p. 5. DEGRÉMONT, Water treatment handbook. 5.ed. Paris: p. 6. ECKENFELDER, W. WESLEY, JR. Industrial water pollution control.2.ed. Singapure: Mc Graw-Hill, p. 7. FABER, et alli, Disposal of wastes from water treatment plants. New York: AWWARF, p. 8. LEME ENGENHARIA. Sistema de disposição final de água de lavagem dos filtros da ETA - Serra Azul. Estudos preliminares. Out o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1431