ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental II - 060

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1 IMPLANTAÇÃO DO PROCESSO DE FLOTAÇÃO POR AR DISSOLVIDO EM SUBSTITUIÇÃO AO PROCESSO DE DECANTAÇÃO DE ALTA TAXA NO PRÉ-TRATAMENTO DA ÁGUA BRUTA DA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA DE MANTENÓPOLIS - ES Sílvio José Monteiro Lobato (1) Engenheiro Civil, pela Escola Politécnica da Universidade Federal do Espírito Santo (1970) e Engenheiro Sanitarista, pela Escola Nacional de Saúde Pública da Fundação Oswaldo Cruz (1984). Trabalha na operação de sistema de abastecimento de água na Companhia Espírito Santense de Saneamento - CESAN, desde abril de Luiz Faitanin Técnico em química, trabalha como supervisor de estação de tratamento de água, desde 1983, na Companhia Espírito Santense de Saneamento - CESAN. Valcir Moreschi Técnico em química, trabalha como supervisor de estação de tratamento de água, 1986, na Companhia Espírito Santense de Saneamento - CESAN. desde Endereço (1) : Rua Francisco Segóvia, 58, Bairro Fradinhos - Vitória - ES - BR - CEP: Tel: (027) e (027) RESUMO A Estação de Tratamento de Água (ETA) de Mantenópolis trata Água Bruta do Córrego do Orzolino, com elevado teor de algas em suspensão, bem como outros parâmetros físicoquímicos tais como cor, turbidez, ferro total e manganês. As elevações dos teores acima mencionados ocorrem na água bruta em períodos chuvosos, sendo que a unidade de decantação de alta taxa com placas de fibrocimento, não mantinha uma eficiência satisfatória na clarificação da água, ocasionando reclamações da população devido a presença de material escuro nos reservatórios domiciliares e sabor, além de prejuízo para o processo de desinfecção com cloro. Com a substituição do decantador pelo flotador a eficiência do tratamento foi estabelecida produzindo água dentro de padrões de qualidade consideravelmente melhor, proporcionando satisfação a população e redução das perdas de água, no processo de tratamento, com aumento das carreiras dos filtros e diminuição de descargas totais do tanque de decantação desativado e convertido em caixa de passagem. PALAVRAS-CHAVE: Tratamento de Água, Flotação Ar Dissolvido, Remoção de Fe, Mn e Algas, Remoção de Cor e Turbidez, Filtração. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1431

2 INTRODUÇÃO E OBJETIVOS O processo de flotação por ar dissolvido (FAD) utilizado para clarificação de água bruta em substituição aos decantadores de alta taxa, vem ganhando importância crescente nos técnicos da Companhia, por apresentar melhor eficiência operacional, para água bruta com alta concentração de algas em suspensão, cor e turbidez elevada, e teores elevados de ferro e manganês. A água bruta com elevado teor de algas se apresenta após a coagulação/floculação com baixa velocidade de sedimentação e condições favoráveis para a flotação, proporcionando a garantia na utilização da flotação e não da sedimentação. O processo de flotação pode ser considerado de alta taxa, tendo em vista a redução da área utilizada e a redução dos parâmetros físico-químicos quando comparados a sedimentação. Torna-se necessário na flotação o monitoramento da quantidade de ar fornecida e a pressão manométrica estabelecida na câmara de saturação, bem como a coagulação/floculação. A partir de 1988 a Companhia Espírito Santense de Saneamento (CESAN), através dos Técnicos que trabalham na operação dos sistemas do interior do estado, vem pesquisando e implantando o processo de flotação por ar dissolvido em sistemas de abastecimento de água, sendo priorizados aqueles que apresentam dificuldades para o fornecimento de água tratada dentro dos padrões de potabilidade vigente e aqueles em que a população não aceita a água recebida devido ao odor e sabor, conforme ocorrido na localidade de Meaípe. A CESAN optou também por implantar a flotação por ar dissolvido em Mantenópolis, por causa do sabor apresentado na água tratada, bem como o elevado teor de algas em suspensão, ferro, manganês, cor e turbidez como mostrado nos gráficos. METODOLOGIA A ETA-Mantenópolis foi implantada com unidades convencionais de tratamento de água em novembro de 1994, com reaproveitamento do reservatório enterrado como tanque de contato e poço de sucção para a elevatória que recalca água tratada para o reservatório circular apoiado em cota suficiente para a eliminação dos boosters instalados na rede de distribuição que atendiam os moradores da parte alta da cidade, conforme apresentado no esquema da figura 1. A elevada concentração de algas (UPA/ml) observada nas análises biológicas e o elevado teor nos parâmetros físico-químicos das amostras analisadas mostraram a necessidade de remoção de cor, turbidez, ferro total e manganês, estando estes parâmetros mais elevados nos períodos chuvosos como podem ser observados nos gráficos, sendo que a tecnologia recomendada para tratamento de água com estas características seria a flotação por ar dissolvido (FAD). A partir de abril de 1995 foram iniciados os trabalhos de levantamentos dos resultados das análises da água bruta e tratada, bem como das unidades de tratamento. Após os levantamentos, iniciou-se a elaboração dos projetos, confecção de peças especiais e suas 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1432

3 instalações, compatibilizando parte da estrutura do decantador para adaptação da câmara de flotação. Complementando com a instalação hidráulica da tubulação de água de recirculação, câmara de saturação e posicionamento dos difusores para a aplicação das micro-bolhas de ar na última câmara de floculação. Visando facilitar o processo de descargas do lodo flotado foi projetada e instalada uma calha de coleta no final do flotador para a execução do transbordamento do lodo, a partir da elevação do nível da água no tanque do antigo decantador. Não sendo necessário manter as calhas de coleta de água decantada que existiam no projeto das unidades convencionais, estas foram substituídas por um vertedouro único na coleta de água flotada para os filtros. Como instalações complementares necessárias a flotação, foram incluídos dois compressores de ar comprimido, sendo um reserva, com produção de ar suficiente para a unidade de produção de micro-bolhas e também a instalação de macromedidor na tubulação de água de recirculação para controle da vazão. Foi aproveitado a pressão existente na tubulação de recalque da elevatória de água tratada para o reservatório apoiado, para alimentação da câmara de saturação que se apresenta constante durante o período de funcionamento da elevatória e enquanto existir água no referido reservatório de distribuição para a cidade. As figuras 2 e 3 mostram o posicionamento de cada unidade do sistema de produção de água. A figura 3 mostra também a cobertura móvel instalada sobre a estrutura do antigo decantador e flotador que tem como finalidade evitar que o lodo flotado se precipite para o fundo caso ocorra chuva sobre ele, bem como evitar o sol sobre a água flotada mantida na área de placas de fibrocimento do antigo decantador, que se apresenta apenas como caixa de passagem da água flotada. Características das Unidades de Flotação por Ar Dissolvido Câmara de Saturação (1 unidade)? Forma: cilíndrica? Dimensões: altura = 2,20m, diâmetro = 0,50m? Vazão afluente: 3,6 l/s? Pressão de trabalho: 42 m.c.a Câmara de Flotação (1 unidade)? Forma: retangular? Dimensões: largura = 3,40m, comprimento = 5,00m? Vazão afluente: 33,6 l/s? Taxa de Aplicação Superficial: 170m 3 /m 2 dia? Descarga do lodo flotado: por transbordamento com duração de 5 min cada 12 h.? Difusores: dispositivos de despressurização de água de recirculação confeccionados em aço inox. Características das Unidades de Floculação, Filtração e Tratamento Químico: 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1433

4 ? Floculador hidráulico de fluxo vertical com chicanas de madeira com tempo de detenção de 25 minutos.? As unidades de filtração não foram modificadas em suas estruturas e disposição dos carregamento dos leitos filtrantes (areia e antracito). Os filtros são dispostos em linha, funcionam com taxa declinante.? Coagulante utilizado: sulfato de alumínio.? Fluoretação: produto químico utilizado, ácido fluorcilícico.? Desinfecção: produto químico utilizado, o cloro gasoso para o residual na ponta da rede em torno de 0,5 mg/l. As unidades de flotação por ar dissolvido entraram em operação a partir de junho/95, permanecendo em testes até o final de novembro/95, mês em que as obras foram concluídas completando a implantação da FAD e outras obras introduzidas na ETA visando a melhoria das condições operacionais. Não foram executadas obras nas unidades de floculação e filtração, apenas na unidade de decantação. As análises e determinações físico-químicas e biológicas foram realizadas nos laboratórios da ETA-Mantenópolis e Central da Cesan em Vitória. RESULTADOS E DISCUSSÃO A figura 4 mostra o resultado obtido com a cor verdadeira da água bruta, água flotada e água tratada em forma de gráfico e em tabela, para facilitar a visualização dos valores, apresentando remoção excelente de cor permanecendo a água tratada nos limites 5 a <5 mg/l, sendo que a água bruta variou entre 45 a 3733 mg/l. Na figura 5 são mostrados dados relativos a turbidez. Apresentando a turbidez da água tratada nos limites 0,3 a 1,9 N.T.U. enquanto que a água bruta variou entre 9,8 a 1000 N.T.U. Na figura 6 são apresentados somente os resultados de duas amostras de ferro total com resultado para a água bruta de 16,18 mg Fe/l e remoção de 96% na água flotada, ou seja de 0,53 mg Fe/l. Não foi analisado o teor de ferro total da água filtrada. Na figura 7 são apresentados apenas o resultado de duas análises de manganês na água bruta e na água flotada, com remoção de 64%, ou seja de 0,90 para 0,32 mg Fe/l. Não foi analisado o teor de manganês da água filtrada. Na figura 8 são mostradas a remoção de algas das coletas nos meses de junho, julho e agosto/95 e outubro/96. Considerando que nos meses de junho e julho/95 as obras encontravam-se em andamento, os resultados obtidos podem ser considerados como razoáveis para início dos testes. Já no mês de agosto/95 os resultados obtidos foram excelentes mesmo não estando as obras concluídas. No mês de outubro/96 a remoção de algas pelo flotador pode ser considerado também excelente, porém providências deverão ser tomadas com relação aos filtros, como se observa na elevação do número de algas ocorrido após a filtração. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1434

5 Com os resultados obtidos, constata-se que providências deverão ser tomadas com vistas a melhorias das condições operacionais dos filtros e das redes de distribuição com sua maioria em fibrocimento, com descargas programadas e limpezas das tubulações através de aplicação do Poli-Pigs. Os custos totais com a implantação do processo de FAD na ETA-Mantenópolis ficou em torno de R$ 6.500,00(seis mil e quinhentos reais), com obras civis, aquisições de equipamentos e confecções de peças especiais. CONCLUSÕES A substituição da unidade de sedimentação(decantador) por unidades de flotação por ar dissolvido permitiu a produção de água de melhor qualidade e aceitação da população, devido a não existência de sabor e estética agradável. O consumo de cloro foi reduzido com a entrada em operação das unidades de flotação. Ficou demonstrado que a alternativa de utilização da F.A.D. em substituição a sedimentação convencional de alta taxa tornou-se mais vantajosa, sendo confirmado pelos excelentes resultados obtidos nos gráficos. AGRADECIMENTOS? A todos os empregados que contribuíram direta ou indiretamente com os trabalhos de implantação do processo de flotação por ar dissolvido na ETA- Mantenópolis, com destaque para João Pires da Fonseca, Supervisor da Operação do Sistema de Abastecimento de Água.? Ao Professor Marco Antônio P. Reali, pelo incentivo e disponibilidade para atender as solicitações na elaboração do projeto e do ajuste operacional do processo de F.A.D.. Figura 1: Esquema Hidráulico - Unidades Convencionais de Tratamento de Água. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1435

6 MANANCIAL BARRAGEM A.A.B. FLOCULADOR FLUXO VERT. CASA DE QUÍMICA CORTINA DISTRI. FLOCOS FILTROS TAXA RECLINANTE RESERVATÓRIO ENTERRADO DECANTADOR DE ALTA TAXA A.R.A.T. ELEVAT. ÁGUA TRATADA RESERV. APOIADO A.A.T. REDE DE DISTRIBUIÇÃO Figura 2: Esquema Hidráulico -Unidades de Flotação por Ar Dissolvido Implantadas. MANANCIAL BARRAGEM A.A.B. FLOCULADOR FLUXO VERT. CÂMARA DE FLOTAÇÃO CALHA COLETA LODO FILTROS TAXA DECLINANTE CASA DE QUÍMICA COMPRESSORES CÂMARA DE SATURAÇÃO DECANTADOR ALTA TAXA ÁGUA DE RECIRCULAÇÃO RESERVATÓRIO ENTERRADO A. R. A. T. ELEVAT. ÁGUA TRATADA RESERV. APOIADO A.A.T. REDE DE DISTRIBUIÇÃO 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1436

7 Figura 3: Esquema Hidráulico - Unidades de FAD Implantadas e outras unidades da ETA e Estação Elevatória de Água Tratada. 12 P/ RESERVATÓRIO AB VB A.R. 6 7 AT CALHA PARSHALL 7- RESERVATÓRIO 13- CALHA DE COLETA DE LODO 2- FLOCULADOR ENTERRADO 8- CASA DE BOMBAS 14- CASA DE QUÍMICA 3- FLOTADOR 9- CONJUNTO MOTO-BOMBA AB- ÁGUA BRUTA 4- DECANTADOR COM 10- COBERTURA MÓVEL PARA VB- VÁLVULA BORBOLETA PLACAS O FLOTADOR E DECANTADOR AT- ÁGUA TRATADA 5- CALHA DE COLETA 11- SATURADOR AR- ÁGUA DE RECIRCULAÇÃO 6- FILTROS 12- COMPRESSOR Figura 4: Variação da Cor Verdadeira COR(mg/l) JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ JAN FEV MESES 1995 / 1996 ÁGUA BRUTA ÁGUA FLOTADA ÁGUA TRATADA MÊS JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ JAN FEV COR VERDADEIRA ÁGUA BRUTA ÁGUA FLOTADA ÁGUA TRATADA <5 <5 < <5 <5 <5 Figura 5: Variação da Turbidez. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1437

8 TURBIDEZ (N.T.U.) ,1 JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ JAN FEV MESES 1995/1996 ÁGUA BRUTA ÁGUA FLOTADA ÁGUA TRATADA TURBIDEZ MÊS JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ JAN FEV ÁGUA BRUTA 9,8 15,3 26,0 69,0 174,0 300,0 1000,0 115,0 220,0 ÁGUA FLOTADA 3,4 6,3 3,1 5,7 6,3 6,8 9,6 7,5 9,8 ÁGUA TRATADA 0,3 0,3 0,4 0,5 1,9 1,7 0,5 0,6 0,4 Figura 6: Variação de Ferro Total. 20 FERRO TOTAL (mg Fe/l) ÁGUA BRUTA ÁGUA FLOTADA FERRO TOTAL (mg Fe/l) MÊS/ANO NOVEMBRO/95 VALOR FERRO TOTAL GRND. RED. PERMIT. AGUA BRUTA 16,18 AGUA FLOTADA 0,53 96% 0,30 Figura 7: Variação de Manganês. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1438

9 1,00 MANGANÊS (mg Mn/l) 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 ÁGUA BRUTA ÁGUA FLOTADA MANGANÊS (mg Mn/l) MÊS/ANO NOVEMBRO/95 VALOR MANGAN ÊS GRND. RED. PERMIT. AGUA BRUTA 0,90 AGUA FLOTADA 0,32 64% 0,10 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1439

10 Figura 8: Variação do Teor de Algas ALGAS (UPA/ml) JUN/95 JUL/95 AGO/95 OUT/96 MESES / ANOS ÁGUA BRUTA ÁGUA FLOTADA ÁGUA TRATADA ALGAS MÊS JUN/95 JUL/95 AGO/95 OUT/96 ÁGUA BRUTA ÁGUA FLOTADA ÁGUA TRATADA REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. CAMPOS, J. R. e REALI, M.A.P. (1985) - Emprego da Flotação por Ar Dissolvido na Clarificação de Água para Abastecimento: Parte I. Revista DAE, v.45, n.142, pp COELHO, E.R.C.; REALI, M.A.P. e CAMPOS, J.R. (1991) - Emprego Flotação por Ar Dissolvido na Classificação de Águas para Abastecimento: influência da Taxa de Aplicação Superficial. XVI Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Goiania-GO. Anais, Rio de Janeiro: ABES, V.2, T.2, pp REALI, M.A.P.; CAMPOS, J.R. (1986) - Emprego da Flotação por Ar Dissolvido na Clarificação de Água para Abastecimento: Parte II. Boletim de Hidráulica e Saneamento da Esc. Eng. S. Carlos - USP. 4. REALI, M.A.P.; CAMPOS, J.R. (1993) - Proposição e Avaliação de um Sistema Compacto para Tratamento de Água Utilizando o Processo de Flotação por Ar Dissolvido e Filtração com Taxa Declinante. XVII Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Natal-RN. Anais, Rio de Janeiro:ABES, V.2, T.II, pp REALI, M.A.P.; CAMPOS, J.R. (1995) - Batch Flotation Test for Water Colour Removal Optimization. World Wild Symposium: Pollution in Large Cities. Padova-Itália. Anais, Padova: SIBESA-ABES -ANDIS, pp REALI, M.A.P.; GIANOTTI, E.P. (1993) - Remoção de Algas por Flotação: Testes de Laboratório. XVII Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, NATAL-RN. Anais, Rio de Janeiro:ABES, V.2, T.II, pp REALI, M.A.P. (1994) - Proposição de Uma Equação Teórica Para o Processo de Flotação por Ar Dissolvido. XVII Congresso Iteramericano de Ingenieria Sanitaria y Ambiental, Buenos Aires- Argentina. Anais Eletrônicos, Buenos Aires. 8. SILVIO J. M. LOBATO; MARCO A. P. REALI; LUIZ FAITANIN (1995) - O Sucesso do Emprego da Flotação por Ar Dissolvido no Pré-tratamento de Água Bruta da ETA -Meaípe-ES. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1440