FLOCO DECANTADOR DE MANTA DE LODO NO TRATAMENTO DE ÁGUA DE ABASTECIMENTO

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1 FLOCO DECANTADOR DE MANTA DE LODO NO TRATAMENTO DE ÁGUA DE ABASTECIMENTO Tarso Luís Cavazzana (1) Universidade Estadual Paulista UNESP Campus de Ilha Solteira-SP, Brasil. Engenheiro Civil pela Universidade Estadual Paulista UNESP Campus de Ilha Solteira-SP, Brasil. Mestrando pela Universidade Estadual Paulista UNESP Campus de Ilha Solteira- SP. Tsunao Matsumoto Engenheiro Civil, Mestre e Doutor em Hidráulica e Saneamento. Professor Assistente Doutor do Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira Universidade Estadual Paulista - Campus de Ilha Solteira. Endereço (1): Alameda Bahia, 550 Departamento de Engenharia Civil Zona Norte Ilha Solteira São Paulo Brasil Telefone: (+55) 0XX Fax: (+55) 0XX tlcavazzana@aluno.feis.unesp.br. RESUMO Necessidade de otimização e de atualização, são dois itens de grande enfoque para as Estações de Tratamento de Água (ETA.) tradicionais, por ainda apresentarem grandes espaços ocupados e dificuldades de automação de coagulante. Esses fatores conferem à ETA. maiores custos de operação e prazos de amortização. Sob a ótica dos aspectos supra citados, o sistema floco decantador diminuiria o espaço ocupado em relação à quantidade de água tratada por período de tempo - questão de otimização - diminuindo o custo de aquisição da área. Os ensaios de Jar-Test determinariam as dosagens de coagulante e, dispositivos semi-automáticos controlariam sua aplicação - questão de atualização. Ainda, a redução de espaço, permitiria incorporar-se às ETA. dispositivos para recuperar águas de lavagem de filtro e para desidratação e análise do lodo retirado, reduzindo o impacto ambiental causado pela ETA. tradicional, além de abrir a possibilidade direcionar o detrito retirado à alguma aplicação prática, como uma operação de reaproveitamento do lodo residual. Quanto ao tipo de coagulante, deve também ser mais bem estudado. Isso se faz pertinente uma vez que certos coagulantes tradicionais (por exemplo: Sulfato de Alumínio granulado) podem causar afecção neurológica se aplicados incorretamente. Por esse fato, os coagulantes utilizados para testes foram polímeros. Os resultados no Módulo Experimental apresentaram-se bons para as taxas de 160, 200 e 240m 3 /m 2 /dia e, conforme comentários quanto aos aspectos observados e potencialidades do sistema utilizado, faz-se pertinente a sua aplicação. PALAVRAS-CHAVE tratamento de água, manta de lodo, polieletrólito, floco decantador, otimização.

2 INTRODUÇÃO As Estações de Tratamento de Água (ETA) tradicionais precisam ser otimizadas e atualizadas. Otimizadas por ainda apresentarem grandes espaços ocupados, e atualizadas por ainda não terem um sistema de dosagem de coagulante automatizado, o que diminuiria desperdícios de produtos químicos e de água aduzida no processo. Essas características conferem à ETA maiores custos de operação e prazos de amortização podendo, dessa forma, inviabilizar economicamente a implantação dessa importante infra-estrutura, ou ainda, impedir aplicações de recursos para outros investimentos em uma comunidade. Sob esses aspectos, o sistema de floculador hidráulico de manta de lodo associado a decantador de alta taxa diminuiria o espaço ocupado em relação à quantidade de água tratada por período de tempo, tornando a ETA compacta - questão de otimização - diminuindo o custo de aquisição da área e de operação. Os ensaios de Jar-Test determinariam as dosagens de coagulante e, dispositivos semi-automáticos controlariam sua aplicação - questão de atualização. A redução de espaço para a potabilização da água, abre a possibilidade de incorporar-se às estações dispositivos para recuperar águas de lavagem de filtro e unidades de desidratação e análise do lodo retirado, o que certamente reduziria o impacto ambiental causado pela ETA tradicional, por permitir direcionar o detrito retirado à alguma aplicação prática. Quanto ao tipo de coagulante, uns dos insumos mais utilizados na ETA, deve também ser melhor estudado, principalmente sob a ótica da população a ser atendida. Isso se faz pertinente uma vez que certos coagulantes tradicionais (por exemplo: Sulfato de Alumínio granulado) podem causar afecção neurológica se aplicados incorretamente. Por esse fato, os coagulantes utilizados para testes do presente trabalho foram polieletrólitos industrializados, por ter melhor controle de qualidade. Os resultados no Módulo Experimental apresentaram-se bons (em torno de 4UT na saída do decantador) para as taxas de 160, 200 e 240m 3 /m 2 /dia e, conforme comentários quanto aos aspectos observados e potencialidades do sistema utilizado, faz-se pertinente a sua aplicação. MATERIAL E MÉTODOS Para realização dos Jar-Tests, foram levantados os parâmetros hidráulicos - gradientes de velocidade (equação 1) e tempos de detenção - para cada etapa do tratamento, como segue: G = P µ V (1) onde: G: gradiente de velocidade (s -1 ); P: potência introduzida no sistema (W); µ : viscosidade dinâmica da água (10-3 Pa.s); V: Volume (m 3 ). Substituindo-se a potência (P), levando-se em consideração o coeficiente de resistividade apresentado por DI BERNARDO (1993) e, quanto à relação de espaçamento e altura de encontro de jatos sucessivos, apresentado por VIANNA (1992), chega-se à equação (2): G = (L f k r ) g Q ν A V 2 (2) onde: g: gravidade, m/s 2 ; Q: vazão de ensaio, m 3 /s; ν: viscosidade cinemática da água, 10-6 m 2 /s; A: área da seção em que se quer determinar o gradiente, m 2 ; L f : espessura do meio filtrante, m; kr: coeficiente de resistividade, s/m.

3 Assim, discretizando-se o Módulo Experimental em início, meio e fim tornou-se possível o cálculo dos gradientes médios para cada taxa de aplicação. E, considerando-se o gradiente do meio igual à soma dos gradientes inicial e final dividido por três, tem-se que o gradiente para Jar-Test (G médio ) é uma ponderação dos gradientes pelas respectivas alturas, conforme a equação (3): G i h'+g meio h + G f h p + d G médio = (3) h'+h + h p + d onde: h: altura do floculador menos h, m; h altura de encontro do jato de entrada com as paredes do floculador, m; h p+d a altura do prolongador mais decantador, m; G médio, o gradiente médio para o floculador, s -1. Os tempos de detenção de cada etapa foram obtidos conforme seus volumes e a taxa de aplicação no filtro (vazão). Em seguida, foram feitos ensaios como segue: JAR-TEST Realizados em um aparelho apropriado Foto 01 -, com turbidez de 10, 30 e 100UT, para três diferentes polieletrólitos, nas taxas de 160, 200 e 240 m 3 /m 2 /dia equivalentes no filtro, possibilitando determinar o melhor polieletrólito, para cada par taxa - turbidez, para testes no Sistema Experimental. Foto 01: Aparelhos utilizados nos ensaios de Jar-Test TESTE NO MÓDULO FLOCULADOR DE MANTA DE LODO Esses testes eram realizados em correlação com as dosagens obtidas em Jar-Test, no módulo da Esquematização 01. Por fim, foram comparados os resultados do Módulo com os resultados do Jar-Test e também com os obtidos por MATSUMOTO & GUILHERME (2000) (taxa de 120m 3 /m 2 /dia), com a finalidade de avaliação da eficiência do Sistema para as taxas de 160, 200 e 240m 3 /m 2 /dia.

4 Caixa de nivel Constante Amostra Misturador Dosador Decantador de Laminar coagulante Medidor de vazão Mistura rápida Turbidímetro On line Floculador Manta de Lodo filtro Tubo de limpeza areia Difusor Água filtrada B Tanque de Preparo de Água Bruta Esquematização 01: Sistema Experimental. Descarga de llodo Turbidímetro On line RESULTADOS As Tabelas 01 e 02 mostram os gradientes e tempos de detenção usados nos Jar-Tests. TABELA 1: Gradientes médios no Floculador de Manta de Lodo. Taxa de filtração 160m 3 /m 2 /dia 200m 3 /m 2 /dia 240m 3 /m 2 /dia G médio (s -1 ) TABELA 2: Tempos de detenção no Sistema Floculador de Manta de Lodo. Taxa de filtração 160m 3 /m 2 /dia 200m 3 /m 2 /dia 240m 3 /m 2 /dia Mistura rápida* 7,5 s 6 s 5 s Floculador 6,5 min. 5 min. 4 min. Decantador 20 min. 15 min. 10 min. *A mistura rápida possui gradiente 600 s -1. A Tabela 03 tem os resultados obtidos nos Jar-Tests para turbidez inicial de 30UT.

5 TABELA 03: Indicação, conforme Jar-Test, do polieletrólito a ser testado em cada situação com turbidez inicial de 30 UT. Taxa (m 3 /m 2.dia) Turbidez de ensaio (UT) Polieletrólito Melhor dosagem (mg/l) Turbidez da água decantada (UT) Polieletrólito a ser testado A 50,0 2, B 15,0 14, C 15,0 2,0 X A 10,0 15, B 12,5 14, C 27,5 1,9 X A 12,5 14, B 30,0 14, C 27,5 1,6 X As vazões de solução do polímero a ser testado estão indicadas na Tabela 04. TABELA 04: Vazão de solução de polieletrólito para os ensaios no Sistema. Taxa (m 3 /m 2.dia) Turbidez de ensaio (UT) Polieletrólito Melhor dosagem (mg/l) Vazão (ml/s) C 17,5 0, C 15,0 0, C 22,5 0, C 30,0 0, C 27,5 0, C 40,0 0, C 30,0 0, C 27,5 0, C 45,0 0,79 Em seguida estão os resultados dos ensaios de bancada para os polieletrólitos A e C na turbidez de 30UT e taxa de 200 m 3 /m 2 /dia. E, considerando-se como aceitável turbidez de 2UT na saída do decantador, tem-se a maior eficiência de C em relação à A, pois, apesar deste possuir melhor dosagem (10mg/L) menor que a de C (27,5 mg/l) para menor turbidez ao final do teste, possui água decantada com turbidez superior à aceitável (2 UT), indicando, dessa forma, o polímero C para teste no Sistema Experimental. Isso fica mais evidente observando as curvas das Figuras 01 e 02 para os respectivos polímeros, como segue:

6 Polieletrólito A - taxa de T0 = 30 UT 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 Dosagem de 5,0 mg/l Dosagem de 10 mg/l Dosagem de 15 mg/l Dosagem de 17,5 mg/l Dosagem de 20 mg/l Dosagem de 37,5 mg/l 0, Tempo (min.) Figura 01: Resultados do polímero A em Jar-Test, taxa de 200m 3 /m 2 /dia e 30UT. Polieletrólito C - taxa de 200 e T0 = 10 UT 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0, Dosagem de 5 mg/l Dosagem de 7,5 mg/l Dosagem de 12,5mg/l Dosagem de 17,5 mg/l Dosagem de 30 mg/l Dosagem de 45 mg/l Tempo (min.) Figura 02: Resultados do polímero C em Jar-Test, taxa de 200m 3 /m 2 /dia e 10UT. DISCUSSÃO Analisando os resultados de dois testes semelhantes obtidos no SFML a partir dos ensaios de Jar-Test para o polímero C (d=1,415), conforme apresentados nas Figuras 03 e 04. Polieletrólito C - taxa de T0 = 30 UT no SFML Decantador Filtro Figura 03: Resultados do Módulo - Polímero C, taxa de 200m 3 /m 2 /dia e 30UT.

7 Manta - taxa de T0 = 30 UT no SFML Altura da manta (m) 2,00 1,50 1,00 0,50 0, Figura 04: Resultados da manta no Módulo - Polímero C, taxa de 200m 3 /m 2 /dia e 30UT. Observou-se neste teste, melhores resultados após o início da formação de uma manta com espessura maior que 0,50m. Já o filtro satisfez o esperado, com água filtrada com turbidez menor que 0,1UT, durante todo o ensaio. Outro fator foi a formação bolhas na entrada do floculador, as quais impediam a formação de manta, prejudicando os resultados. Por fim, conforme as observações feitas em um ensaio de 24 h - Figuras 05 e 06 -, resolveu-se colocar um tubo de purga antecedendo a entrada do floculador, com o objetivo de eliminar as bolhas de ar formadas no sistema de alimentação. A introdução do tubo melhorou os valores do teste anterior - Figuras 07 e 08. Os resultados finais talvez foram influenciados pela ocorrência de curto-circuito, pois a manta trabalhou, após 5h de ensaio, na interface floculador-decantador. Tal fator vem sendo estudado de forma a minimizar tais efeitos. Polieletrólito C - taxa de T0 = 30 UT no SFML - 24h Decantador Filtro Figura 05: Resultados do teste 1 de 24 h à taxa de 240m 3 /m 2 /dia e 30UT, sem a purga. Manta - taxa de T0 = 30 UT no SFML - 24h - 1 Altura da manta (m) 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 Figura 06: Resultados da manta no teste 1à taxa de 240m 3 /m 2 /dia e 30UT, sem a purga.

8 Polieletrólito C - taxa de T0 = 30 UT no SFML - 24h Decantador Filtro Figura 07: Resultados do teste 2 de 24 h à taxa de 240m 3 /m 2 /dia e 30UT, com a purga. Manta - taxa de T0 = 30 UT no SFML - 24h - 2 Altura da manta (m) 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 Figura 08: Resultados da manta no teste 2 à taxa de 240m 3 /m 2 /dia e 30UT, com a purga. CONCLUSÕES Os resultados alcançados com o Jar-Test e o Módulo Floculador de Manta de Lodo foram bastante próximos no que se refere a dosagem, mas a turbidez remanescente para água decantada foi melhor no ensaio de Jar-Test, provavelmente em função das bolhas. O aumento de taxa de aplicação no conjunto experimental foi positivo e bem sucedido, pois com a aplicação de uma taxa de filtração na ordem de 240m 3 /m 2 /dia em ensaio de 24h, obteve-se água decantada com turbidez sempre abaixo de 6 UT e água filtrada abaixo de 0,1UT, uma vez que a unidade foi inicialmente projetada para uma taxa de 120m 3 /m 2 /dia. O Sistema Floculador de Manta de Lodo mostrou ser mais eficiente na remoção da turbidez quando a manta atingia 0,50m e, melhorando conforme seu aumento. Quanto às novas pesquisas, pode-se dizer que o Protótipo Modular Compacto PMC, poderá inserir um grande avanço, dentro dos atuais conceitos de Estação de Tratamento de Água, não só por proporcionar maior produção mas, principalmente, pelas suas praticidades e correspondências com a adequação ambiental, planejamento para possíveis aumentos de produção de água facilitada, além da possibilidade de ser reproduzido em escala comercial, desta forma obter retorno dos investimentos em pesquisa.

9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS DI BERNARDO, L. (1993) - Métodos e técnicas de tratamento de água - 2 vol, ABES, Rio de Janeiro, 498p. MATSUMOTO, T. & GUILHERME, C. M. (2000) Comportamento do Decanto-Floculador de Manta de Lodo e Decantador de Alta Taxa no Tratamento de Água de Abastecimento Utilizando Sulfato de Alumínio e Diferentes Polieletrólitos - In: CONGRESO INTERAMERICANO DE INGENIERIA SANITARIA Y AMBIENTAL, XXVII, Porto Alegre, Brasil, Anais em CD-ROM. VIANNA, M. R. (1992) - Hidráulica Aplicada às estações de Tratamento de Água - 1 ed. Belo Horizonte - MG: Instituto de Engenharia Aplicada Editora, 344 p. AGRADECIMENTOS À FAPESP pela concessão de bolsas de Iniciação Científica e de Mestrado e auxílio a pesquisa.