INFLUÊNCIA DO USO DO CARVÃO ATIVADO EM PÓ ( CAP ) NO TRATAMENTO DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO.

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1 INFLUÊNCIA DO USO DO CARVÃO ATIVADO EM PÓ ( CAP ) NO TRATAMENTO DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO. Bresaola Junior Ruben, Sthal Nilson Sérgio UNICAMP, de Engenharia Civil (FEC), Caixa postal 6021, CEP: , Campinas-SP, Brasil RESUMO A utilização de carvão ativado em pó ( CAP ) em algumas estações de tratamento de águas de abastecimento, ( ETAs ) principalmente em determinadas regiões do Brasil, tem ocorrido,sem que qualquer acompanhamento da variação da qualidade final da mesma, tenha, realmente, acontecido devido a essa tecnologia. Deste modo, foi objetivo deste trabalho, estudos sobre a influência do uso do CAP, no tratamento de águas de abastecimento oriundas de um manancial, sanitariamente desprotegido, que abastece uma grande parte da Região Metropolitana de Campinas, SP, Brasil. Foi desenvolvida investigação experimental da influência do pré tratamento de águas de mananciais superficiais, com uso do CAP em diferentes dosagens, bem como em relação a diferentes tempos de detenção. CAP oriundos de diferentes fornecedores foram utilizados durante o desenvolvimento do trabalho, apresentando resultados diferenciados. Foram obtidos diagramas de coagulação no mecanismo de varredura, para a determinação das melhores faixas de operação, para o processo seguinte ao de aplicação do CAP. Foram estudados quesitos relativos à remoção de turbidez, cor aparente, variação de valores de ph, de sais de ferro e de manganês total, bem como de carbono total ( COT ). Os resultados obtidos puderam mostrar a importância da determinação dos diagramas de coagulação, quando se trata da aplicação do CAP em ETAs do tipo convencionais, bem como a importância da fonte de fornecimento do mesmo, no tocante às características físicas e propriedades de adsorsão. Destaca a necessidade de serem feitos, anteriormente ao recebimento do CAP pelos usuários, os testes físicos, os de adsorsão, bem como os químicos e físico-químicos para o recebimento do mesmo. A cor aparente e a turbidez tiveram seus valores obedecendo os padrões de potabilidade vigentes, após filtração em papel de filtro Whatman 40. Houve remoções, relativamente, significativas de manganês total, bem como de carbono orgânico total, em função do tempo de detenção e dosagem de CAP. INTRODUÇÃO A explosão demográfica urbana e o desenvolvimento industrial trouxeram, como conseqüência, o aumento considerável demanda no consumo de água tratada. Concomitantemente, os padrões de potabilidade adotados foram sendo cada vez mais aperfeiçoados, tendo em vista a questão da saúde, e nem sempre a adequada proteção sanitária da bacia usada para abastecimento. A questão, da possibilidade, de presença de compostos tóxicos ou poluentes nesses mananciais, faz com que seja uma obrigação dos profissionais, envolvidos, a pesquisa e o desenvolvimento de novas tecnologias, objetivando tanto a questão de tratatabilidade, quanto a de planejamento, na utilização dos recursos hídricos disponíveis. A distribuição de água tratada é imperativo, quando se tem como objetivo a adequação do saneamento básico e ambiental à saúde pública de um modo mais abrangente. Os inadequados ajustes nesses quesitos, ainda são os grandes responsáveis por doenças de veiculação hídrica, que trazem a óbitos população de diferentes faixas etárias. Segundo FOSTER (1991), alguns mananciais reservados para abastecimento público nos EUA e em países da Europa, ainda se encontram sanitariamente desprotegidos, apresentam concentrações de poluentes e contaminantes acima dos níveis recomendados pela Organização Mundial de Saúde (OMS). Ainda segundo este autor, não é raro encontrar traços de herbicidas e pesticidas e mesmo substâncias orgânicas como tricloroetano, tetraclorometano e outros trihalometanos, que além de conterem potencial elevado de carcinogenia, podem causar problemas de sabor e odor a essas águas. Diante da necessidade de serem resolvidos problemas com essas características, há a obrigação de serem feitas investigações de tecnologias alternativas, no que concerne ao tratamento de águas de abastecimento. Daí, a colocação do desenvolvimento deste trabalho, objetivando verificar a influência de um pré tratamento da água bruta com carvão ativado em pó (CAP), seguido de processo de coagulaçãofloculação, no mecanismo de varredura, na remoção de alguns compostos, detectados indiretamente por

2 alguns parâmetros, tais como a turbidez, cor aparente, sais de ferro e manganês e carbono orgânico total (COT) Palavras chaves: tratamento, tratamento de água, carvão ativado, remoção ferro/ manganês, carbono orgânico total. MATERIAIS E MÉTODOS O presente trabalho foi dividido em quatro etapas diferentes, com objetivos diversos. Em uma primeira etapa foram determinados, através de diferentes ensaios de coagulação-floculação, os valores mais adequados para tempo de detenção ( T ) e de gradiente de velocidade, respectivamente, que deveriam ser fixados para os ensaios subsequentes, em função da qualidade da amostra se água bruta utilizada. Em uma segunda etapa foram obtidos os diagramas de coagulação em função da remoção de cor aparente e turbidez, respectivamente, para os diferentes valores de ph e dosagem de coagulante ( sulfato de alumínio ). A terceira etapa foi utilizada para a verificação da eficiência do processo de coagulação, no mecanismo de varredura, na remoção de sais de ferro e manganês. Por fim, na quarta etapa foi verificado a eficiência de remoções desses sais, bem como de carbono orgânico total, quando é utilizado um pré tratamento da água bruta com suspensão de carvão ativado em pó solução. Na realização de todo o trabalho foi utilizado aparelho de Jar-Test dotado de seis reatores, volume útil de dois litros cada um, e dotado de capacidade de variação de gradiente de velocidade (G) na faixa de 15 s -1 a 110 s -1 A determinação dos valores relativos aos parâmetros de qualidade da água foi efetuada de acordo com metodologia preconizada pelo AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSSOCIATION, AWWA. WATER POLLUTION CONTROL FEDERATION, 1989 (STANDAR METHODS, (1989). A turbidez foi medida com turbidímetro da marca HACH, modelo 2100A; a cor aparente foi determinada por método de comparação visual, sendo utilizado um comparador da Hellige Aqua Tester, modelo n o 611-A; a determinação de valor de ph foi realizada através de potenciômetro da marca Analion, modelo IA 601. Na determinação de ferro e manganês foi empregado um espectrofotômetro da marca Micronal, modelo B 382, com comprimento de onda ajustado em 510 nm para o ferro, e 525 nm para o manganês. Na determinação de carbono orgânico ( COT ) foi utilizado um aparelho da marca Shimadzo, modelo As medidas de temperatura foram feitas utilizando se de termômetro de mercúrio, com faixa de medição compreendida entre -10 a C, com precisão de 0,5 0 C. Os produtos químicos utilizados foram; o sulfato de alumínio, a cal comercial, ácido sulfúrico (PA), o sulfato ferroso amoniacal (PA), sulfato manganoso (PA) e carvão ativado em pó, de duas procedências diferentes, para verificação comparativa do efeito de cada deles. A TAB 1 mostra alguns dos valores das características desses diferentes carvões. Tabela 1 -Características dos carvões ativados em pó que foram utilizados. CARACTERÍSTICA UNIDADE RESTRIÇÃO Número de Iodo (mg I 2 /g) 600 (mínimo) Índice de Fenol (g/l) 2,5 (máximo) Umidade (% em massa) 8,0 (máximo) Massa específica aparente (g/cm) 0,2 a 0,75 Granulometria (% em massa que passa) peneira ABNT n % (mínimo) peneira ABNT n % (mínimo) peneira ABNT n % (mínimo) RESULTADOS E DISCUSSÃO

3 As amostras de água bruta, utilizadas durante o desenvolver do trabalho, apresentaram valores de turbidez variando de 40 a 45 ut e de cor aparente entre 150 a 200 uh. Os valores de ph variaram entre 6,7 e 7,1, enquanto alcalinidade e dureza, medidas em mg de CaCO 3 /, apresentaram valores médios respectivamente iguais a 18 e 19. A temperatura da água variou entre 19,5 e 26,0 0 C. O ferro total, determinado, esteve com concentrações variando entre 0,66 e 0,73 mg/l, enquanto o manganês total teve concentrações variáveis de 0,14 a 0,39 mg/l. Durante o desenvolvimento da primeira etapa, foram simulados três diferentes possibilidades de arranjos de G e T. Em um primeiro ensaio foi adotado um tempo total de detenção da ordem de 30 min, dividido sem intervalos de 10 min, onde, em cada um deles, foi adotado valor de G, respectivamente iguais a 90, 50 e 18 s -1. Em um segundo ensaio, mantidos os procedimentos da variação de G do primeiro ensaio, foi mudado o intervalo de tempo para cada um deles, sendo adotado um período de 8 min, globalizando um total de 24 min. No terceiro ensaio, foi utilizado um valor de G igual a 20 s -1, durante 30 min. Os resultados obtidos, para essa água em estudo, mostrou que as melhores remoções de turbidez e cor aparente ocorreram, após 30 min de sedimentação, para os dados contidos no primeiro ensaio. Essa metodologia empregada, mostrou que os valores estão compatíveis com os trabalhos de pesquisa realizados por DI BERNARDO et al (1987), MENDES e DI BERNARDO(1990), e DI MATTEO(1992). A turbidez e a cor aparente remanescente, da amostra após decantação, foram, respectivamente, iguais a 1,25 ut ( 2,8% da inicial) e 5,0 uh ( 2,5% da mesma). Portanto, esses valores de T e de G foram os adotados para as demais etapas do trabalho. A segunda etapa foi desenvolvida para a obtenção dos diagramas de coagulação tanto para a remoção de turbidez como para a de cor aparente, na região de varredura. Esses dois diagramas, apresentados nas Figuras 1 e 2, foram confeccionados a partir de dados obtidos em uma série de onze ensaios de coagulação-floculação. Comparativamente aos resultados obtidos por AMIRTHARAJAH (1989) e DI BERNARDO e MENDES (1989), o presente trabalho, mostrou que, na região de varredura, os dois diagramas apresentaram remoções muito semelhantes.isto ocorreu para valores de ph compreendidos entre 5,5 a 8,0 e dosagens de coagulante superiores a 15mg/l. A maior remoção, tanto de cor como de turbidez, ocorreu para o par de valores determinado por ph igual 6,6 e dosagem de coagulante igual a 25,0 mg/l. Este foi o valor base adotado para as demais etapas do trabalho. Figura 1 Diagrama de coagulação - porcentagem da turbidez remanescente em função da dosagem de sulfato de alumínio e do ph de coagulação (turbidez da água bruta: 45 ut; cor aparente da água bruta: 200 uh). Na terceira etapa foi pesquisado a remoção de ferro e manganês total, utilizando se somente coagulante, sem qualquer outro produto auxiliar, ou pré condicionamento da amostra de água bruta. Os valores de concentração de sais de ferro variaram de 4,7mg/l a 9,4mg/l, sendo obtidas remoções da ordem de 97%. Quanto a remoção de manganês total, cuja concentração variou de 0,20mg/l a 1,89mg/l, os resultados obtidos foram variáveis na

4 Figura 2 - Diagrama de coagulação - porcentagem da cor aparente remanescente em função da dosagem de sulfato de alumínio e do ph de coagulação (turbidez da água bruta: 45 ut; cor aparente da água bruta: 200 uh). faixa de 27% (dosagem da ordem de 1,89 mg/l ) a 93% (dosagem de 0,39mg/l, encontrada na água bruta. Os valores mais altos foram obtidos através da adição de sulfato manganoso a amostras de água bruta. Estes resultados mostraram que enquanto a remoção de ferro total,para esta água, atingiu os padrões de potabilidade, mesmo para altos valores de concentração, o mesmo não ocorreu com os compostos de manganês. Assim se procedeu ao desenvolvimento da etapa seguinte, usando se as suspensões do carvão ativado em pó, do tipo A e B, em diferentes dosagens e tempo de detenção como um processo preliminar de tratamento, precedendo o processo de coagulação. No desenvolvimento da quarta etapa foram utilizadas amostras de água bruta com dosagens de manganês total igual a 1,70 mg/l. Isto foi conseguido, aplicando se um incremento igual a 1,5 mg/l de sulfato manganoso à água bruta, que já possuía uma concentração de 0,20 mg/l. O carvão ativado em pó foi alicado anteriormente ao precesso de coagulação, simulando um processo de pré tratamento da áhua bruta. Nesta metodologia foram empregados duas diferentes fontes fornecedoras desta material desde que obedecidos os requisitos constantes da tabela 1. Esses compostos foram denominados CAP A ecap B, respectivamente. Foram realizados cerca de dez ensaios, com os diferentes tipos de CAPs, em diferentes dosagens e tempos de detenção, bem como analizados os parâmetros de cor aparente, turbidez, manganês total e carbono orgânico total. A tabela 2 apresenta um quadro, resumido, das características desses ensaios. Tabela 2 - Características de ensaios que utilizaram diferentes tipos de suspensões e de dosagem de CAP,os respectivos tempos de detenção e parâmetros de análises Ensaio N O Tipo de CAP Dosagem de Tempo de detenção T Parâmetro de análise CAP(mg/l) (min) 19 A 10 a cor, turbidez, Mn 20 A 10 a cor, turbidez, Mn 22 A 50 a cor, turbidez, Mn 23 B 50 a cor, turbidez, Mn 24 A 50 a cor, turbidez, Mn 25 A 50 a cor, turbidez, Mn 26 B 50 a cor, turbidez, Mn 28 A e B 50 a cor, turbidez, Mn 29 A e B COT 30 A 150 a cor, turbidez, Mn, COT CONCLUSÕES

5 a) Parâmetros de T e G, quando adotados de acordo com a qualidade e características da água em estudo e, utilizados com a dosagem ótima de coagulante e respectivo valor de ph de coagulação, apresentam remoções significativas de turbidez e cor aparente, gerando valores remanescentes da ordem de 2,8% e 2,5%, respectivamente; b) Os diagramas de coagulação de acordo com os dados obtidos são recomendados para serem usados nas ETAs pois minimizam os custos operacionais e maximizam a eficiência do tratamento, sendo auxiliares eficazes para o encontro do melhor ponto operacional, com menor número de ensaios de coagulação e floculação; c) Os resultados dos ensaios de coagulação-floculação que geraram a construção dos respectivos diagramas de coagulação para as águas brutas utilizadas, demonstraram que, trabalhando no mecanismo da varredura, tanto o diagrama de coagulação para a remoção da turbidez, quanto o diagrama de coagulação para a remoção de cor aparente, conduz ao mesmo valor de dosagem de coagulante e respectivo valor de ph de coagulação, (semelhantes aos obtidos por DI BERNARDO e MENDES (1987);sais de ferro podem ser removidos nas concentrações encontradas quando utilizadas as dosagens ótimas de coagulante; d) Os resultados dos ensaios de coagulação-floculação efetuados na Etapa 3, demonstraram que os sais de e respectivo valor de ph de coagulação. Para o manganês, torna-se necessário o uso de tecnologias alternativas para sua remoção; e) Os CAP tipos A e B, apresentaram diferenças de remoção diferenciadas, quando comparados os dados obtidos na aplicação entre de cada um, em termos de adsorsão, nos diversos ensaios em que foram utilizados, ainda que apresentassem as mesmas especificações técnicas fornecidas por seus respectivos fabricantes. O CAP tipo A apresentou, de modo geral, melhores resultados que o do tipo B; f) A utilização do CAP, estudada nesse trabalho, mostrou ser mais eficiente, quanto maior for a dosagem aplicada; g) O tempo de detenção, na aplicação do CAP, aumentado de 60 para 90 minutos mostrou melhores remoções de COT; h) A partir da aplicação de 150 mg/l os resultados de remoção de cor aparente para CAP, tipos A e B, não apresentaram qualquer incremento; i) A aplicação de CAP, de um modo geral, apresentou uma maior remoção de cor aparente. O CAP tipo A, apresentou uma tendência de maior eficiência com o aumento da dosagem e do tempo de detenção. Para o trabalho em questão, pode-se concluir que para a dosagem ótima de 250 mg/l de CAP, devem ser realizadas novas investigações para o encontro de um ponto ótimo de coagulação; j) A remoção da turbidez só se mostrou maior com dosagens de CAP tipo A da ordem de 150 mg/l, não apresentando, contudo, uma tendência de maior eficiência com o aumento da dosagem da suspensão; k) Os dois tipos de CAP mostraram bom desempenho em relação a remoção da cor verdadeira, indicando uma tendência de maior eficiência com o aumento da dosagem e do tempo de detenção; l) Os dois tipos de CAP mostraram ser pouco eficientes na remoção dos compostos de manganês; m) Os dois tipos de CAP contribuíram semelhantemente para o acréscimo, à água amostrada, da concentração de COT, com valores da ordem de 0,5 mg/l, para dosagens de 50 mg/ n) O aumento nas dosagens de CAP do tipo A não implicou, neste trabalho e para o tipo de água amostrada, necessariamente, no acréscimo das concentrações de COT, quando da sua aplicação; RECOMENDAÇÕES

6 Com base nas conclusões geradas pelo trabalho de pesquisa, foi possível estabelecer as seguintes recomendações. a) Para projetos de ETAs do tipo convencional, que trabalharem com coagulação por varredura, devem ser realizados ensaios de coagulação-floculação, com diferentes gradientes de velocidade (G) e tempos de detenção (T), de modo a se determinar as melhores dosagens dos compostos químicos, preferencialmente montando-se diagramas de coagulação, para a remoção da cor aparente ou turbidez, e determinar a dosagem ótima de coagulante e seu respectivo valor de ph de coagulação. b) Devem ser verificadas as propriedades de adsorsão do CAP, através de testes específicos, com procedimentos laboratoriais, em relação ao adsorbato de interesse, para a real detecção de suas características e eficiência; c) Os testes de adsorsão do CAP, para remoção de um adsorbato específico, devem levar em conta dosagens do mesmo, bem como os devidos tempos de detenção; d) Após a aplicação do CAP, devem ser mantidos um gradiente de velocidade constante e suficiente para promover um maior número de interações entre as partículas do meio; e) Avaliar a viabilidade econômica e operacional na utilização de grandes dosagens de CAP e altos tempos de detenção, uma vez que o custo do CAP é da ordem de R$ 1,50 por quilograma, na data da presente realização do trabalho; o) O aumento nas dosagens de CAP tipo A não implicou, neste trabalho, necessariamente, no acréscimo das concentrações de COT, quando da sua aplicação; p) De acordo com os resultados obtidos, as melhores remoções de COT, para o estudo e a água em questão, foram obtidos com dosagens de 200 mg/l de CAP tipo A. f) Que sejam desenvolvidos novos trabalhos de pesquisa, que possam mostrar a competição, quanto à adsorsão, dos diferentes compostos químicos que possam estar presentes à água bruta; e g) Aquisição de um sistema de medição de COT para que as análises possam ser feitas de modo mais rápido. BIBLIOGRAFIA AMIRTHARAHJAH, A.,(1989) Mechanism of Coagulation, Seminário Nacional sobre Coagulação e Filtração Direta, 1821 Jul. 1989, São Carlos, São Paulo. BENEFIELD, L. D.et al (1982) Process for Chemistry for Water and Wastewater Treatment. New Jersei, Prentice Hall, 510 p DI BERNARDO, L.(1993), Métodos e Técnicas de Tratamento de Água, 1 ed. Rio de Janeiro, 496 p., ABES, DI BERNARDO, L. et al (1987)., Coagulação de Águas com cor Elevada, Revista DAE, v. 47 (150), p , DI MATTEO, M. L.(1991) - Influência da Pré-Ozonização Na coagulação -Floculação, utilizando o Cloreto Férrico como Coagulante. Dissertação de Mestrado, Faculdade de Engenharia Civil da Universidade de Campinas, UNICAMP, FOSTER, D. M. et. al.(1991), New treatment processes for pesticides and chlorinated organics control in drinking water, J. IWEM. v. 54, n.5, aug JANKOWSKA, H.et al(1991). Active Carbon, 1 ed., Warsau: Simon & Schuster International Group, 1991, 279 p

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