AVALIAÇÃO DE UM SISTEMA COMPACTO DE TRATAMENTO DE ÁGUA UTILIZANDO DIFERENTES COAGULANTES

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1 AVALIAÇÃO DE UM SISTEMA COMPACTO DE TRATAMENTO DE ÁGUA UTILIZANDO DIFERENTES COAGULANTES Tsunao Matsumoto ( * ) Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira UNESP - Campus de Ilha Solteira. Engenheiro Civil, Mestre e Doutor em Hidráulica e Saneamento Professor Assistente Doutor do Departamento de Engenharia Civil. Cláudio Martins Guilherme Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira UNESP - Campus de Ilha Solteira. Tarso Luís Cavazzana Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira UNESP - Campus de Ilha Solteira. Endereço ( * ) : Alameda Bahia, 55 - Departamento de Engenharia Civil - CEP5385- Ilha Solteira SP. Fone: +55(8) Fax: +55(8) tsunao@dec.feis.unesp.br RESUMO O presente trabalho de pesquisa foi realizado com intuito de investigar os diversos polieletrólitos ofertados no mercado como produtos para tratamento de água de abastecimento, muitos deles indicados como coagulante principal ou como auxiliares de floculação. Para a presente investigação, foram testados alguns polieletrólitos em uma unidade de tratamento de água compacta, em escala piloto, para observar o comportamento quanto à perda de carga no filtro e a eficiência de remoção de turbidez de água bruta e compara-los com os resultados obtidos com o sulfato de alumínio. A unidade experimental utilizada foi um modelo compacto de Estação de Tratamento de Água (ETA), composto por floculador de manta de lodo seguido por decantador de alta taxa e filtro de areia descendente de camada única (MATSUMOTO & GUILHERME, ). A avaliação do sistema foi realizada por meio das variações de dosagens de dois polieletrólitos de diferente procedência como coagulante principal e os resultados comparados com os obtidos quando operado com o sulfato de alumínio. A turbidez da água bruta aplicada no modulo experimental durante o experimento ficou em torno de 5UT e ph de 7,. Todos os experimentos foram conduzidos a uma taxa de filtração relativamente baixa de m 3 /m.d, mas ainda usual em muitas Estações de Tratamento de Água (ETA) em operação. A unidade experimental foi operada de duas maneiras distintas. Em primeiro lugar, foi mantida a manta de lodo no floculador criada com adição de argila, na segunda, foi operado como sistema de filtração direta, sem manta no floculador, apenas coagulando e encaminhando diretamente ao filtro (GUILHERME, ). Os resultados obtidos foram muito interessantes e animadores para o uso de polieletrólitos em filtração direta, pois um dos polieletrólitos promoveu uma boa remoção de turbidez com baixíssima perda de carga no leito filtrante. Mesmo em caso em que a turbidez da água coagulada registravam valores próximos ao da água bruta e o dobro da turbidez da água decantada com a presença da manta. A perda de carga pode ser um fator limitante na carreira de filtração e na produção de água tratada que em ETA (DI BERNARDO, 993), mas na presente investigação, com uso de polieletrólito, foi observada a possibilidade de maior produção de água em sistemas de filtração direta pelo resultado da evolução da perda de carga no leito filtrante. Desta forma, o sistema compacto poderá ser utilizado para tratar água bruta que não apresentam baixa turbidez ao longo do ano, como um dispositivo de pré-tratamento, com alternância de formação da manta na época chuvosa e água bruta mais turva e de perda da manta, em época de estiagem, sem prejudicar a qualidade final da água tratada. Palavras Chaves: Tratamento de Água, Floculador de Manta de Lodo, Perda de Carga. INTRODUÇÃO No Brasil, muitas das estações de tratamento de água de abastecimento utilizam sistemas convencionais de tratamento compostos de floculadores mecanizados, decantadores de fluxo horizontal e filtros de areia utilizando sulfato de alumínio como coagulante principal. Este modelo de estação de tratamento de água vem a cada ano sendo substituído pelas concessionárias e pelos serviços autônomos de água, principalmente em cidades de pequeno porte, por sistemas de abastecimento por poços profundos, devido ao elevado custo de implantação e operação. Além do mais, este requer

2 grandes espaços físicos, elevados tempos de detenção e um grande volume da água no sistema de tratamento inaproveitável. O processo de clarificação da água é o maior responsável pelo elevado tempo de detenção da água, principalmente nos tanques de decantação convencional de fluxo horizontal. Na clarificação, reduz-se a turbidez e outras características físicas da água devido à eliminação de partículas suspensas de tamanho variado, assim como de várias outras impurezas contidas na água. Uma das soluções para reduzir espaço físico ocupado e tempo de detenção recairia no uso da filtração direta em filtro de fluxo ascendente, pois a água é tratada em uma única unidade de clarificação, não necessitando de floculadores e decantadores, porque a floculação e a retenção de sólidos ocorrem na camada suporte do filtro. Mas a sazonalidade bem distinta na maioria das regiões brasileiras e do hemisfério sul, com verão chuvoso, água superficial de alta turbidez, e inverno seco, água com baixa turbidez, tem dificultado o seu emprego, não permitindo funcionamento adequado ao longo do ano, devido ao reduzido tempo para eventuais correções de dosagem necessária nas variações bruscas da turbidez. Desta forma, a sua utilização ficou restrita apenas a água bruta que apresenta baixa turbidez ao longo do ano. Uma outra solução para o problema apontado em alguns estudos realizados por TANGERINO et al (998), GUILHERME (), MATSUMOTO & GUILHERME () seria o uso de floculador hidráulico de manta de lodo associado ao decantador de alta taxa como uma alternativa de redução de áreas físicas do floculador e do decantador e, conseqüentemente do custo de implantação e operação de tratamento de água. Alem do mais, podendo utiliza-lo como dispositivo de segurança e correção para estações dotadas de filtração direta. Por outro lado, ainda nos dias de hoje, o coagulante mais utilizado nas estações de tratamento de água é o sulfato de alumínio, granulado ou em solução, tem apresentado alguns inconvenientes tais como: aplicação em uma faixa restrita de valores de ph, baixa qualidade de sulfato de alumínio comercial (granulado) e também, pela suspeita de provocar alguma afecção de ordem neurológica em consumidores de água quando dosado de forma incorreta. Por estes e outros motivos, muitas pesquisas têm sido realizadas no intuito de estudar a substituição do sulfato de alumínio por outro produto menos agressivo à saúde, como cloreto férrico e polieletrólitos para reduzir o uso do sulfato de alumínio em estações convencionais de tratamento de água. Com o intuito de avaliar a potencialidade do uso do sistema de floculação de manta de lodo associado ao decantador de alta taxa, foram investigados diferentes tipos de polieletrólitos, visando encontrar a dosagem mais adequada para águas brutas de turbidez baixa em instalação compacta que permitisse a avaliação do propósito. O presente trabalho de pesquisa realizado teve como objetivo comprovar a eficiência de uso do módulo experimental de floculador de manta de lodo e decantador de alta taxa (sistema compacto) alimentado por água proveniente de uma fonte natural de baixa turbidez na formação da manta de lodo e a utilização como dispositivo de pré-tratamento. MATERIAIS E MÉTODOS Para a realização das investigações foi utilizado o modelo compacto de estação de tratamento de água instalado nas dependências da Estação de Tratamento de Água (ETA) operado pelo SAAE de Santa Fé do Sul-SP, como mostrado nas Figuras. Inicialmente foram realizados ensaios de determinação das dosagens de coagulantes, tanto para o polieletrólitos como para o sulfato de alumínio, para água bruta com turbidez de 5UT. Como o volume de chuva no período de ensaio foi baixo, as lagoas se encarregavam de sedimentar os colóides carreados pelas águas de chuva, a água de recalcada para a ETA era de baixa turbidez o que permitiu ensaiar água bruta abaixo de 5UT para o propósito do ensaio.

3 Figura - Esquema do Modelo Experimental Reduzido DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Os ensaios com diferentes coagulantes foram realizados analisando a qualidade da água produzida em relação a turbidez remanescente e a perda de carga no filtro. Desta forma, os resultados obtidos com o sulfato de alumínio são apresentados nas Figuras e 3, com turbidez de UT e ph 7,. Na dosagem de mg/l de sulfato de alumínio foram obtidos melhores resultados em relação a dosagem de 9mg/L, como mostra a Figura. Na mesma Figura, pode-se notar que a qualidade da água filtrada sem a presença de manta de lodo no decantador foi melhor que a obtida com a presença de,m de manta de lodo. A turbidez da água filtrada sem manta foi muito baixa, ficando abaixo de,ut contra,5ut para a mesma dosagem e com manta no decanto floculador de,m de altura. Em compensação, a perda de carga mostrada na Figura 3 para a condição de operação sem manta no floculador, evoluiu muito acentuadamente, encerrando a carreira de filtração em pouco mais de 4 horas, mas em outro ensaio com a presença de manta, a perda de carga ficou pouco mais de,35m. Pela qualidade da água filtrada, levaria a concluir que a presença da manta não seria necessária para água bruta de turbidez baixa. 3

4 9 8 9mg/l-cm - dec mg/l-cm-dec 9mg/l-cm-filtro mg/l-cm-filtro mg/l-cm-filtro,9,8 turbidez da água decantada (UT) ,7,6,5,4,3, turbidez da água filtrada (UT), Figura - Turbidez remanescente no decantador e filtro utilizando várias dosagens do sulfato de alumumínio como coagulante para uma água de turbidez de UT e ph 7, Perda de Carga (cm) mg-cm mg-cm mg-cm Figura 3 - Evolução da perda de carga no filtro utilizando várias dosagens do sulfato de alumínio como coagulante para uma água de turbidez de UT e ph 7, 4

5 Após o ensaio com o sulfato de alumínio, foi testado o polieletrólito A em água bruta com Ut de turbidez e ph de 7,, cujos resultados são apresentados nas Figura 4 e 5. 6,4 Turbidez da água decantada (UT) mg/l-cm-dec mg/l-cm-dec 7mg/l-cm-filtro mg/l-cm-filtro mg/l-cm-filtro,,8,6,4 turbidez da água filtrada (UT), Figura 4 - Turbidez remanescente no decantador e filtro utilizando várias dosagens do polieletrólito A como coagulante para uma água de turbidez de UT e ph 7, perda de carga (cm) mg-cm 7mg-cm mg-cm Figura 5 - Perda de carga no filtro utilizando várias dosagens do polieletrólito A como coagulante para uma água de turbidez de UT e ph 7, Para obtenção de uma boa floculação da água bruta natural foi necessária a dosagem de 7mg/L para produzir bons resultados com a turbidez da água filtrada em torno de,ut, mas aumentando a dosagem para mg/l, a turbidez foi sempre menor que,ut. A ETA da cidade de Santa Fé do Sul, local onde foi instalado o módulo experimental, utiliza-se deste polieletrólito como coagulante principal. No período em que se realizaram os ensaios com este polieletrólito a dosagem de coagulante 5

6 utilizada pela ETA foi da ordem de mg/l, produzindo água decantada com turbidez média de,5ut e água filtrada em torno de,3ut. Seguindo o procedimento aplicado no ensaio anterior, com sulfato de alumínio, foi realizado um ensaio sem a presença da manta de lodo no módulo experimental. Os resultados podem ser vistos nas Figuras 4 e 5 e comparados com os valore obtidos com os ensaios com a presença de manta de lodo, que a água filtrada produzida foi de melhor qualidade no final de carreira atingindo valores abaixo de,ut. Assim como no ensaio anterior, pode-se notar, principalmente da Figura 5, a evolução acentuada da perda de carga no filtro com a ausência de manta no floculador, comprometendo a duração da carreira de filtração, assim mesmo o filtro pode ser operado próximo de 6 horas. Os melhores resultados foram obtidos com o polieletrólito B para água bruta com turbidez de UT e ph de 7,, os quais são apresentados na Figura 6 e 7. 8 turbidez da água decantada (UT) mg/l-cm-dec 3mg/l-cm-dec 5mg/l-cm-filtro 3mg/l-cm-filtro 5mg/l-cm-filtro,8,6,4,,8,6,4 turbidez da água filtrada (UT), Figura 6 - Turbidez remanescente no decantador e filtro utilizando várias dosagens do polieletrólito B como coagulante para uma água de turbidez de UT e ph 7, Para o ensaio com polieletrólito B foi iniciado com dosagem de 3mg/L por este ter apresentado bom resultado em testes de laboratório, mas apresentou resultado inferior ao esperado. Assim no ensaio seguinte, aumentou-se a dosagem do polieletrólito para 5mg/L, o que mostrou ser suficiente para realizar uma boa floculação da água bruta natural. Pela Figura 6 observa-se que a qualidade da água decantada foi melhor para a dosagem de 3mg/L se comparado com a obtida com 5mg/L, porém, o resultado da água filtrada foi o inverso. Um fato interessante nesse ensaio foi observado na perda de carga do filtro. Nos ensaios com sulfato de alumínio e polieletrólito A a perda de carga foi muito elevado quando não se tinha a presença de manta de lodo no floculador. O uso do polieletrólito B na ausência de manta no floculador produziu uma perda de carga bem menor, aproximadamente 3cm em 8h de ensaio. Mesmo assim, essa perda foi bem alta quando se compara com a perda do mesmo polieletrólito na presença da manta no decanto floculador, como mostra a Figura 7. Essa perda de carga reduzida no filtro produzida pelo polieletrólito B despertou interesse na a utilização do sistema compacto como unidade de pré-tratamento de filtração direta, pois o sistema permite tempo de manobra de correção de dosagem para o caso de aumento de turbidez repentina. Também nos testes de formação de manta realizada durante a investigação atesta que para turbidez da água bruta acima de UT a formação da manta de lodo é imediata. 6

7 perda de carga (cm) mg-cm 3mg-cm 5mg-cm Figura 7 - Perda de carga no filtro utilizando várias dosagens do polieletrólito como coagulante para uma água de turbidez de UT e ph 7, CONCLUSÕES O resultado da remoção de turbidez com uso do sulfato de alumínio poderia induzir a tirar conclusões precipitadas sobre a necessidade da formação da manta de lodo no floculador devido à baixa turbidez da água filtrada, mas em compensação pode-se observar na Figura 3 que, o filtro apresentou uma perda de carga de cm em 8h de ensaio para água foi coagulada e floculada com a manta, e na ausência, apresentou uma perda de 5 cm em apenas 3h de ensaio, ficando evidente a sobrecarga induzida pela não retenção no decanto floculador. Agora observando a Figura 7, com o uso do polieletrólito B, mesmo na ausência de manta no floculador, a evolução da perda de carga foi bem menos acentuada, muito próximo da evolução observada com floculador com manta, de aproximadamente 3cm em 8h de ensaio. Assim sendo, a perda de carga do sistema compacto com uso do polieletrólito não se compara a evolução da perda apresentada com uso do sulfato de alumínio. Mesmo com essa perda menor, a qualidade da água filtrada foi compatível com a obtida com a presença da manta de lodo. A presença da manta de lodo no floculador é fundamental, quando se usa filtração descendente. Apesar dos bons resultados da turbidez da água filtrada, quando não se utilizou manta no floculador para água bruta com turbidez de UT, a evolução perda de carga foi mais significativa em relação ao uso da manta de lodo no mesmo. A presença da manta de lodo no início do funcionamento do módulo pode não ser necessária no uso deste como dispositivo auxiliar em sistemas de filtração direta. A manta pode ser rapidamente formada assim que a turbidez da água bruta se eleve, reduzindo o turbidez na saída do decantador e protegendo os filtro contra possíveis picos de turbidez. A presença da manta de lodo no início do funcionamento do módulo pode não ser necessária no uso deste como dispositivo auxiliar em sistemas de filtração direta. A manta pode ser rapidamente formada assim que a turbidez da água bruta se eleve, reduzindo o turbidez na saída do decantador e protegendo os filtro contra possíveis picos de turbidez. O polieletrólito A apresentou comportamento diferente, no que diz respeito a dosagem e perda de carga no filtro, do comportamento apresentado pelo polieletrólito B. Em águas de ph constante seu comportamento aproximou-se do apresentado pelo sulfato de alumínio. O polieletrólito B apresentou menor dosagem para todos os níveis de turbidez e menor perda de carga no filtro. Uma característica interessante neste polieletrólito é a de conseguir boa qualidade de água filtrada com entrada de turbidez elevada no filtro, como visto na Figura 6. Esse fato pode estar relacionado a formação de flocos mais resistentes quando 7

8 se utiliza o polieletrólito B como coagulante, não se rompendo facilmente quando submetidos as forças hidrodinâmicas atuantes no filtro. Faz-se necessária uma investigação mais criteriosa de dosagem e tipos de polieletrólitos a serem utilizados em cada tipo de água bruta natural, recomendando sempre realizar Jar Test antes da substituição de coagulantes. Agradecimentos. À FAPESP pela concessão da bolsa de Mestrado e pelo auxílio financeiro ao projeto de pesquisa. Ao SAAE de Santa Fé do Sul pela cessão do espaço físico para realização dos trabalhos. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS DI BERNARDO, L. (993) - Métodos e técnicas de tratamento de água - vol, ABES, Rio de Janeiro, 97p. GUILHERME, C. M. () Desempenho do Floculador de Manta de Lodo Associado a Decantador de alta Taxa no Tratamento de Água de Abastecimento - Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil Ênfase em Recursos Hídricos e Tecnologia Ambiental) Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, Universidade Estadual Paulista Julio de Mesquita Filho Campus de Ilha Solteira, Ilha Solteira, p. MATSUMOTO, T. & GUILHERME, C, M. () Comparação entre Sistema Convencional e Decanto-Floculador de Manta de Lodo Associado ao Decantador de Alta Taxa no Tratamento de Água de Abastecimento Utilizando Polieletrólito Catiônico como Coagulante - In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, XXI, João Pessoa - PB, Anais em CD-ROM. 7p. TANGERINO, E.P., MATSUMOTO, T. & DALL'AGLIO SOBRINHO - Floculador de manta de lodo associado a decantador laminar em tratamento de água - In: CONGRESO INTERAMERICANO DE INGENIERÍA SANITÁRIA Y AMBIENTAL, XXVI, a 5 de novembro de 998, Lima, Peru, Anais em CD-ROM. 8

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