ENSAIOS DE COAGULAÇÃO E FLOCULAÇÃO PARA UTILIZAÇÃO NA ESTAÇÃO DE ESGOTOS DE GOIÂNIA

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1 ENSAIOS DE COAGULAÇÃO E FLOCULAÇÃO PARA UTILIZAÇÃO NA ESTAÇÃO DE ESGOTOS DE GOIÂNIA Mercia Luccas Resende (*) Saneamento de Goiás S.A. Engenheira Civil formada pela Universidade Federal de Goiás (UFG) em 1978; especialista em Planejamento Urbano e Ambiental pela Universidade Católica de Goiás, em 1999; especialista em Tratamento e Disposição Final de Resíduos Sólidos e Líquidos pela UFG, em 22. Gerente de Empreendimentos de Esgotos da Assessoria de Empreendimentos Especiais da SANEAGO (Programa BID) e Gerente do Programa de Implantação da Estação de Esgoto de Goiânia e Despoluição da Bacia do Meia Ponte - Plano Goiás Século XXI PPA 2/23. Eraldo Henriques de Carvalho Universidade Federal de Goiás (*): Av. Fued José Sebba nº 57 Jardim Goiás Goiânia Goiás Brasil Tel.:+xx(62) Fax: 55+xx(62) mercia@saneago.com.br RESUMO Ensaios desenvolvidos em laboratório com o propósito de definir por intermédio de Jar Test quais as dosagens de produtos químicos, adicionados ao esgoto bruto, podem atingir os resultados de eficiência na remoção de carga orgânica (DBO) e sólidos suspensos totais (SST), propostos no projeto da estação de esgotos de Goiânia ETE Goiânia. Conforme o projeto, com a adição de 25 de cloreto férrico e,5 de polímero, deve-se atingir 5% de remoção de DBO e 8% de SST, no decantador primário. Os resultados aqui obtidos confirmaram o previsto para redução da DBO, mas ficaram um pouco abaixo do projetado para remoção de sólidos suspensos. Palavras Chave: coagulação, floculação, polímero, tratamento de esgoto. INTRODUÇÃO Considerando-se a importância da obra da ETE Goiânia, para a população de forma geral, e particularmente para a empresa Saneamento de Goiás S.A. SANEAGO e sua equipe, a elaboração de testes iniciais de aplicação dos produtos químicos a serem utilizados no tratamento dos esgotos, a partir de ensaios desenvolvidos em laboratório é de grande importância. O projeto da ETE é do tipo Tratamento Primário Quimicamente Assistido seguido de Lodos Ativados. Essa modalidade de tratamento permite uma maior remoção de carga orgânica no tratamento primário, podendo-se contar com unidades de processo menores no tratamento secundário, e conseqüentemente com menor custo de investimento do empreendimento. Nesse estudo procedeu-se uma variação das dosagens de cloreto férrico e de polímero aniônico, para avaliação dos valores definidos no projeto. JUSTIFICATIVA Os testes iniciais de aplicação de produtos químicos, a partir de uma dosagem pré-estabelecida no projeto, representam um ponto de partida para auxiliar e facilitar o trabalho da equipe que irá operar a estação de tratamento de esgotos de Goiânia. Na medida que os testes feitos em laboratório consomem pequenas quantidades de produtos químicos, os resultados obtidos desse estudo pretendem diminuir os custos de testes a serem realizados em escala real quando da entrada em carga da ETE, representando um ganho para a operação do tratamento dos esgotos e justificando este trabalho. OBJETIVO O projeto concebido para o tratamento de esgotos de Goiânia prevê a utilização de 25 Cloreto Férrico ( ) para aumentar a eficiência da decantação primária e a adição de,5 de polímero como auxiliar de 1

2 sedimentação, para se alcançar 5% de eficiência na remoção de carga orgânica (DBO) e 8% na remoção de sólidos suspensos (SST). O estudo aqui apresentado objetiva por meio de ensaios de coagulação e de floculação Jar Test confirmar essas dosagens previstas no projeto ou determinar novos valores que conduzam aos resultados de eficiência esperados. MATERIAIS E MÉTODOS A metodologia utilizada para se obter resultados da utilização de Cloreto Férrico foi ensaios de coagulação/floculação em laboratório, tendo em vista que a estação de tratamento de esgotos de Goiânia ainda não está em operação. Com base nos parâmetros constantes no Quadro 1, que apresenta os valores recomendados para ensaios de Jar Test, definiu-se o Quadro 2 para a realização dos ensaios. QUADRO 1 VALORES RECOMENDADOS PARA O JAR TEST Coagulação Gradiente (Rotação) Floculação WEF Alguns segundos 3 1 s min METCALF & EDDY De 5 a 2 seg s min ETE Pavuna-RJ (Jar Test) 5min 3seg (12 rpm) 3 seg 4 min Prof. JORDÃO (Jar Test) 5min 3seg (12 rpm) 3 seg 4min 3seg Gradiente (Rotação) 12 rpm 3 rpm 12 rpm 3 rpm Sedimentação 6 min 3 min QUADRO 2- PROPOSIÇÃO PARA OS ENSAIOS Ensaio Tempo de Rotação das Tempo de Rotação das Tempo de Sedimentação Coagulação pás Floculação pás Tipo I 5 min 3 s 12 rpm 3 s 12 rpm Uma verificação aos 3min 4 min 3 s 3 rpm Tipo II 1 s 3 rpm 2 min 35 rpm Uma verificação aos 3min e outra aos 6min Tipo III 1 s 3 rpm 1 min 35 rpm Uma verificação aos 3min e outra aos 6min DOSAGEM DO COAGULANTE E DO POLÍMERO Tomando-se por base as dosagens propostas no projeto da ETE, 25 de cloreto férrico e,5 de polímero, foram elaborados os ensaios de coagulação/floculação, conforme Quadro 3 QUADRO 3 DOSAGENS DOS PRODUTOS QUÍMICOS Jarra 1 Jarra 2 Jarra 3 Jarra 4 Jarra 5 Jarra 6 ENSAIO Fecl 3 N o 1 (Tipo I) N o 2 (Tipo I) 2,6 2,5 22,5 22,4 25,5 25,4 N o 3 (Tipo I) 22,3 22,4 22,5 25,3 25,4 25,5 N o 4 (Tipo II) N o 5(TipoIII) N o 6(Tipo II) 25,3 25,4 25,5 3,3 3,4 3,5 2

3 O ensaio N o 3 foi definido tendo por base as duas melhores dosagens do coagulante (considerando-se os resultados de turbidez), dos ensaios N o 1 e N o 2, e variando-se as dosagens do polímero assim como o ensaio Nº 6 foi com base nos ensaios de Nº 4 e Nº 5 ENSAIOS DE COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO ESTUDO 1 Os ensaios foram feitos no laboratório da SANEAGO. O esgoto foi coletado às 1h da manhã, na ETE Parque Atheneu, localizada no setor de mesmo nome, no município de Goiânia. O esgoto foi colocado em vasilhame de 5L de capacidade e devidamente homogeneizado antes de cada ensaio. Não foi possível concluir os trabalhos no mesmo dia. No dia seguinte deu-se continuidade aos ensaios, tendo sido coletado o esgoto no mesmo horário do dia anterior, na tentativa de poder-se contar com características semelhantes da amostra já utilizada. O cloreto férrico foi diluído a 2% e o polímero, do tipo aniônico, dissolvido em água destilada. Os vasilhames jarras do equipamento de Jar Test, cones Imhoff, frascos e mangueiras tipo garrote para as coletas de amostras, baldes, etc., foram devidamente higienizados. Também foram utilizados copos descartáveis para a dosagem dos produtos. Dos testes N o 3 e N o 6 realizados, foram coletadas amostras de duas jarras que apresentaram os melhores resultados, em termos de eficiência na remoção de turbidez. Dessas amostras foram feitas analises de DQO, Sólidos Suspensos, ph, Fósforo e Amônia. ENSAIOS DE COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO ESTUDO 2 Os resultados das análises dos ensaios do Estudo 1 não foram conclusivos, optou-se então pela realização de novos testes, com base nos melhores resultados conseguidos. A proposição para realização dos novos ensaios, está apresentada no Quadro 4, a seguir. QUADRO 4 DOSAGENS DIFERENTES DOS PRODUTOS QUÍMICOS Jarra 1 Jarra 2 Jarra 3 Jarra 4 Jarra 5 Jarra 6 ENSAIO N o 7 Tipo I ,5 25,5 3,3 N o 8 Tipo III ,5 25,5 3,3 N o 9 Tipo II ,5 25,5 3,3 Desses ensaios foram procedidas analises de sólidos sedimentáveis, turbidez, sólidos suspensos, DQO, ph, fósforo e nitrogênio amoniacal, dos sobrenadantes de cada jarra. Os resultados estão apresentados na forma de gráficos. Os melhores resultados de remoção de DQO foram registrados na Jarra 3 (3 de ) ) e na Jarra 5 (25 de e,5 de ) para o ensaio n. o 7, na Jarra 5 e na Jarra 6 (3 de e,3 de ), para o ensaio n. o 8 e na Jarra 4 (18 de e,5 de ) e na Jarra 5 para o ensaio n. o 9. A dosagem da Jarra 5, prevista no projeto da ETE, apresentou bom desempenho nos três ensaios. Quanto ao ph, os resultados dos três ensaios demonstraram que praticamente não houve variação do mesmo, mantendo-se sempre o valor em torno de 7,6 tanto para o esgoto que não recebeu produto químico (branco), quanto para os demais, portanto a adição de sal de ferro e de polímero não interferiu no ph. Para o ensaio de remoção de sólidos suspensos totais a Jarra 5 (25 de e,5 de ) e a Jarra 6 (3 de e,3 de ), considerando os três ensaios, apresentaram os melhores resultados, confirmando que a dosagem de produtos químicos prevista no projeto (Jarra 5) conduziu a um bom resultado. Quanto à remoção de fósforo, os resultados das análises das Jarras 6 (3 de e,3 de ), para os três ensaios, foram os melhores. Não há, entretanto, uniformidade nos resultados das outras jarras, merecendo esse item um estudo mais apurado na própria ETE quando estiver em operação. Os resultados do ensaio n o 7 apresentaram percentuais de remoção significativamente melhores que os demais. Tal como nos testes de remoção de fósforo, a remoção de nitrogênio amoniacal deverá ser melhor avaliada quando da entrada da ETE em operação. 3

4 FIGURA 1 - SÓLIDOS SEDIMENTÁVEIS - ENSAIO N. 7 3 ml/l 2 1 Branco Jarra 1 Jarra 2 Jarra 3 Jarra 4 Jarra 5 Jarra 6 3 min min FIGURA 2 - SÓLIDOS SEDIMENTÁVEIS - ENSAIO N. 8 ml/l 1 5 B ranco Jarra 1 Jarra 2 Jarra 3 Jarra 4 Jarra 5 Jarra 6 3 m in ,5 6 m in FIGURA 3 - SÓLIDOS SEDIMENTÁVEIS - ENSAIO N Branco Jarra 1 Jarra 2 Jarra 3 Jarra 4 Jarra 5 Jarra 6 3 min 1, min FIGURA 4 DQO ENSAIO N min

5 % FIGURA 5 REMOÇÃO DE DQO - ENSAIO N B ruto B ranco Jarra 1 Jarra 2 Jarra 3 Jarra 4 Jarra 5 Jarra 6 R em oção % Increm ento na rem oção % FIGURA 6 DQO - ENSAIO N B ruto B ranco Jarra 1 Jarra 2 Jarra 3 Jarra 4 Jarra 5 Jarra 6 3 min % FIGURA 7 - REMOÇÃO DE DQO - ENSAIO N remoção % incremento na remoção % FIGURA 8 - DQO ENSAIO N min

6 1 FIGURA 9 - REMOÇÃO DE DQO - ENSAIO N. 9 8 % rem oção % increm ento na rem oção % DISCUSSÃO SOBRE OS RESULTADOS Os resultados das análises de DQO mostraram que a aplicação de coagulantes, e de coagulantes juntamente com polímero, incrementaram a eficiência na remoção de carga orgânica dos esgotos. Eliminando-se os resultados considerados incoerentes, encontra-se uma média de 3% de incremento de eficiência de remoção de DQO em relação ao cone Imhoff que no ensaio não recebeu produtos químicos (branco). Esta também é a média encontrada quando se aplicou 25 de Cloreto Férrico e,5 de polímero, conforme proposto no projeto. A média encontrada na remoção da DQO, aproximadamente 82%, pode ser considerada alta, sendo que os valores registrados para o par sugerido no projeto, 25 de cloreto férrico e,5 de polímero, estiveram entre os mais altos. Em relação a sólidos suspensos totais comprovou-se uma remoção média em torno de 69% e incremento médio de cerca de 28%. A média do par coagulante/polímero previsto no projeto, superou esses valores, alcançando as médias de 71% para a remoção e 32% para o incremento na remoção. Esses valores e os demais analisados, como mostra os gráficos, foram considerados coerentes, entretanto não se conseguiu, nem com a dosagem prevista do coagulante (25 ), nem com dosagem superior (3 ), alcançar o índice esperado de remoção de sólidos suspensos totais 8%. Os resultados de remoção de ph não demonstraram variações significativas. A remoção de fósforo e de nitrogênio amoniacal deverá ser melhor avaliada na própria ETE. ENSAIO FINAL Com base nos resultados obtidos dos ensaios N o 7, 8 e 9 e na tentativa de se alcançar os resultados previstos no projeto da ETE Goiânia, de 5% de remoção de DBO e de 8% de remoção de sólidos suspensos totais, partiu-se para novo ensaio, utilizando-se dosagens superiores a anteriores, em termos de coagulante. Também foram testadas dosagens maiores de polímero com valores relativamente baixo de coagulante, conforme o Quadro 5 a seguir. Nesse ensaio foram feitas análises apenas de DBO e de sólidos suspensos totais. QUADRO 5 NOVAS DOSAGENS DOS PRODUTOS QUÍMICOS Jarra 1 Jarra 2 Jarra 3 Jarra 4 Jarra 5 Jarra 6 ENSAIO N o 1 Tipo I 25,5 3,5 35,5 4,5 2,6 2,8 RESULTADOS DBO Embora a Jarra 4 (4 de e,5 de ) tenha apresentado o melhor resultado de eficiência na remoção de DBO, o resultado da Jarra 1 (25 de e,5 de ), satisfaz a condição prevista no projeto da ETE, de 5%, valor esse que foi utilizado no dimensionamento das unidades de processo da ETE Goiânia. 6

7 16 FIGURA 1 DBO - ENSAIO N B ruto B ranco Jarra 1 Jarra 2 Jarra 3 Jarra 4 Jarra 5 Jarra 6 3 m in FIGURA 11 REMOÇÃO DE DBO - ENSAIO N. 1 % B ru to B ra n c o J a rra 1 J a rra 2 Ja rra 3 J arra 4 J a rra 5 J a rra 6 R e m o ç ã o % In c re m e n to n a re m o ç ã o % SÓLIDOS SEDIMENTÁVEIS A Jarra N. o 4 que recebeu a maior quantidade de coagulante (4 de e,5 de ) apresentou a maior quantidade de sólidos sedimentáveis. 15 FIGURA 12 - SÓLIDOS SEDIMENTÁVEIS - ENSAIO N. 1 1 ml/l 5 Branco Jarra 1 Jarra 2 Jarra 3 Jarra 4 Jarra 5 Jarra 6 3 m in 3,5 7 8, ,5 6,5 6 m in 3, ,5 7,5 6,5 SÓLIDOS SUSPENSOS A Jarra N. o 1 (25 de e,5 de ), cuja dosagem é a do projeto não apresentou o resultado previsto, de 8% de remoção de sólidos suspensos totais. A Jarra N. o 4 (4 de e,5 de ) que apresentou o melhor resultado também não atingiu o valor esperado. FIGURA 13 - SÓLIDOS SUSPENSOS - ENSAIO N m in

8 FIGURA 14 - REMOÇÃO DE SÓLIDOS SUSPENSOS - ENSAIO N % rem oção % increm ento na em oção % CONCLUSÃO Em relação à remoção de DBO, o resultado confirmou a proposição do projeto, 25 de cloreto férrico e,5 de polímero (Jarra 1), e demonstrou ainda que aumentando a dosagem dos produtos químicos os resultados não demonstraram ganho. Como se vê no gráfico da Figura 11, a dosagem de 2 de cloreto férrico e,6 de polímero (jarra 5), apresentou, para remoção de DBO, a mesma eficiência que a dosagem da jarra 1. Fazendo-se o estudo de custo, com base nos valores informados pelos fornecedores de produtos químicos, R$ 38,/kg para cloreto férrico e R$ 8,/kg para polímero, chega-se ao montante de R$ 2.653,56/d para a dosagem da jarra 1 e R$ 2437,38/d para a da jarra 5. Percebe-se uma vantagem para a dosagem da jarra 5, a qual deverá ser reavaliada na ETE, quando da sua entrada em operação. Em relação à remoção de sólidos suspensos totais (SST), não se chegou a 8% de eficiência, como previsto no projeto e em literatura. Também não se confirmou o dado previsto em literatura de até 7% de eficiência de remoção de sólidos suspensos totais sem a adição de produtos químicos (branco). Como a literatura que trata do assunto não é brasileira, e não se sabe em que condições os valores citados foram encontrados, tais como, esgoto mais diluído ou mais concentrado, condições de testes em escala real ou de laboratório, qual coagulante e polímero foram utilizados, etc., esse item será melhor analisado quando a ETE estiver em carga. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Campos, J. C. (1972). Ensaios sobre a aplicação de polieletrólito na floculação de águas de abastecimento. São Carlos. 97p. Tese (Mestrado) Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. Carvalho, E. H.(2). Disposição de resíduos gerados nas estações de tratamento de água em estações de tratamento de esgotos com decantação primária. São Carlos. 2p. Tese (Doutorado) Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. Design of municipal wastewater treatment plants, volume I: Chapters 1-12, WEF Manual of Practice Nº 8, ASCE Manual and Report on Engineering Practice Nº 76. (1992). Di Bernardo, L. (1993). Métodos e técnicas de tratamento de água. Rio de Janeiro, ABES. Diseño conceptual ete pavuna y sarapui, reunião técnica No. 1, Black & Veatch Internacional, (Mayo 1997). 34 transparências. Harleman, D. R. F.; Murcott, S. (1999). The role of physical-chemical wastewater treatment in the mega-cities of the developing world. Wat. Sci. Tech. v. 4, n.4-5, p Imhoff, K.; Imhoff, K. R. (1986). Manual de tratamento de águas residuárias. São Paulo, Edgard Blücher. Jordão, E. P. (21). Estação de tratamento de esgoto goiânia: relatório de processo, n. o SAN 13 GR. 2122B. Jordão, E. P. (22). Protocolo do Jar Test. Comunicação pessoal. Jordão, E. P.; Pessôa, C. A. (1995). Tratamento de esgotos domésticos. 3.ed. Rio de Janeiro, ABES. Metcalf & Eddy. (1991). Wastewater Engineering: treatment, disposal, and reuse. 3.ed. McGraw Hill International. Nenov, Valentin, (1995). Tss/bod removal efficeincy and cost comparison of chemical and biological wastewater treatment.. Wat. Sci. Tech. v. 32, n.7, p