EMPREGO DE CARVÃO ATIVADO IMPREGNADO COM PRATA PARA PRÉ-TRATAMENTO DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO

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1 EMPREGO DE CARVÃO ATIVADO IMPREGNADO COM PRATA PARA PRÉ-TRATAMENTO DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO Arnaldo Nascimento de Souza (1) Estudante de Graduação em Engenharia Civil na Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo. Bolsista de Iniciação Científica da FAPESP (Processo 95/6659-4). Rogério Pecci Filho Estudante de Graduação em Engenharia Civil na Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo. Bolsista de Iniciação Científica da FAPESP (Processo 95/666-2). Luiz Di Bernardo Professor Titular do Departamento de Hidráulica e Saneamento da Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo. Endereço (1) : Avenida Dr. Carlos Botelho, São Carlos - SP - CEP: Brasil - Tel: (16) Fax: (16) bernardo@sc.usp.br. RESUMO Analisa-se, no presente trabalho, o emprego do carvão ativado impregnado com prata (CAIP) no pré-tratamento de águas de abastecimento. A prata impreganada funciona como agente desinfetante, enquanto o carvão tem a função de absorver a matéria orgânica eventualmente presente. Para a remoção do carvão testou-se a flotação e a sedimentação, utilizando-se um flotador em escala de laboratório com fluxo descontínuo e um equipamento de reatores estáticos, respectivamente. Verificou-se a influência de diferentes dosagens de CAIP e tempos de contato no prétratamento de uma água contaminada com coliformes totais (NMP no intervalo de a 5 por 1 ml de amostra), e baixos valores de cor aparente e turbidez. Os resultados indicam que o CAIP é um poderoso agente desinfetante, reduzindo significativamente o NMP de coliformes totais e fecais de águas contaminadas. Porém, a flotação e a sedimentação, com as características empregadas nos ensaios, não apresentaram remoção adequada do CAIP. PALAVRAS-CHAVE: Carvão Ativado, Prata, Flotação, Sedimentação. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1473

2 INTRODUÇÃO A utilização do carvão ativado impregnado com prata (CAIP), no pré-tratamento de águas de abastecimento, visa a redução do número de coliformes totais e fecais, além da adsorsão de matéria orgânica existente. Os coliformes têm sido utilizados como indicadores de contaminação fecal, tendo a Resolução CONAMA de 15 de julho de 1986, baixada pelo Ministério de Desenvolvimento Urbano e Meio Ambiente, limitado o NMP de coliformes totais em 2. UFC/1 ml para que um curso d água possa ser usado como fonte de abastecimento. Entretanto, tal limitação não leva em conta os avanços tecnológicos e a realidade de algumas comunidades tendo em vista a escassez de água em alguns mananciais e de fontes de abastecimento em muitas regiões do Brasil. Há inúmeros casos do tratamento de água em cujos mananciais o NMP de coliformes totais chega a alcançar valores até 1. UFC/1 ml. Evidentemente, nessas situações, há necessidade de pré-tratamento, usualmente realizado por intermédio da pré-cloração (eventualmente é adotada a amoniação) e, algumas vezes da aplicação de carvão ativado em pó. No primeiro caso é visada a desinfecção, uma vez que não se tem segurança sanitária com água tendo tais características. Ademais, tais águas geralmente contêm expressiva quantidade de matéria orgânica, precursora da formação de compostos organo-halogenados ou então já possuem compostos orgânicos prejudiciais à saúde pública, requerendo o emprego de substâncias como o carvão ativado em pó ou granular para a sua remoção. Desinfetantes como o dióxido de cloro, ozônio, peróxido de hidrogênio, etc, têm sido utilizados em lugar do cloro visando reduzir a potencialidade da formação organo-halogenados. Embora não seja considerado na Resolução N? 2 do CONAMA ou na norma da ABNT(1989), o teor de COT(carbono orgânico total) tem sido recomendado pela AWWA(199) para se ter idéia da quantidade de matéria orgânica na água e indicar a necessidade de pré-tratamento. Tendo em vista a existência de muitas comunidades no Brasil que utilizam água de mananciais que de alguma forma recebem contribuições de águas residuárias domésticas e industriais e de outros situados em bacias hidrográficas cujas atividades incluem o uso de agrotóxicos, foi estudado no presente trabalho o emprego do CAIP, seguido da flotação e da sedimentação, como meios de remoção do carvão, para pré-tratamento de águas de abastecimento. MATERIAIS E MÉTODOS Foram utilizados dois tipos de CAIP, um com granulometria mais grosseira (CAGIP), com tamanho correspondente à 99,7 % que passa na peneira ABNT N.3 (,6 mm), e outro mais fino (CAPIP), com 1 % que passa na peneira ABNT N.325 (,44 mm). O CAGIP foi utilizado nos ensaios de sedimentação e o CAPIP nos ensaios de flotação. As águas de estudo foram preparadas a partir de água de poço profundo. As águas estudadas tinham as seguintes características : ph = 6,5 a 7,5; turbidez =,5 a 5,5 ut; cor aparente = 1 a 5 uc; temperatura = 25 C? 1 C; NMP de coliformes totais = 1. a 5. UFC/1 ml. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1474

3 O equipamento de flotação utilizado era composto por duas câmaras, uma pressurizada (câmara de saturação) e outra aberta (câmara de flotação) com um ponto de coleta situado na região central da mesma, sendo que nesta era feita a agitação. As duas eram interligadas de modo a tornar possível a injeção de água pressurizada (recirculação) na câmara de flotação. O equipamento é mostrado na Figura 1. A água utilizada na recirculação era a do poço profundo, com suas características originais. O CAPIP foi adicionado sob a forma de uma dispersão uniforme. A concentração da dispersão foi 1,9 g de CAPIP por litro, tendo a mesma sido escolhida para facilitar a adição do carvão em volumes de fácil leitura (ex.:2,5; 5, ou 1, ml). A dispersão permanecia em constante agitação durante o período de retirada do volume a ser utilizado. A seqüência de procedimentos para a realização dos ensaios foi a seguinte: 1. Enchimento, por gravidade, da câmara de saturação com cerca 5 ml de água do poço não contaminada; 2. Saturação da mesma com ar por um período de 15 min sob pressão de 4 atm; 3. Liberação de um pouco de água pressurizada na câmara de flotação e posterior esgotamento da mesma. Esse procedimento tinha como finalidade a garantir que a água existente na mangueira de interligação permanecesse saturada no momento em que era realizada a recirculação; 4. Colocação da água contaminada na câmara de flotação até a marca desejada, a qual dependia da porcentagem de recirculação; 5. Adição do carvão impregnado com prata; 6. Agitação; 7. Retirada do agitador após um tempo determinado e liberação de água pressurizada na câmara de flotação; 8. Coleta da amostra do subnadante (cerca de 6 ml) após o tempo necessário para se obter a velocidade de flotação desejada. Após a realização do ensaio procedia-se o esgotamento e limpeza da câmara de flotação para realização de um novo ensaio. Os tempos de contato variaram de 2,5 a 1 min, as dosagens de CAPIP de 2,5 a 4 mg/l e a velocidade de flotação e a recirculação foram fixadas em 6 cm/min e 1%, respectivamente. A pressão na câmara de saturação foi fixada em 4 atm. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1475

4 ABES - Associação Bra sileira de Engenharia Sanitária e Ambiental II valvula devalvula de saida de ar seguranca manometro 6 ml 5 ml CAMARA DE FLOTACAO AGITADOR CAMARA DE SATURACAO n.a. 4 ml 3 ml ponto de coleta de amostra do sobrenadante 2 ml entrada de agua na camara de saturacao 1 ml saida de agua da camara de saturacao entrada de ar comprimido entrada de agua pressurizada MANGUEIRA DE ALTA PRESSAO Figura 1 - Esquema do Flotador. Nos ensaios de sedimentação, foi utilizado um equipamento de seis reatores estáticos de dois litros. Diferentes dosagens de CAGIP foram utilizadas para a realização de cada ensaio (2,5, 5,, 7,5, 12,5, 17,5, 25 e 3 mg/l). O seguinte procedimento foi adotado: foram colocadas diferentes quantidades de CAGIP em seis beckers, sendo que cada becker tinha capacidade nominal de 5 ml. Estes foram pesados na balança analítica de precisão igual à, g e posteriormente foi adicionada água deionizada. Feito isto, foi promovida agitação por 2 minutos, ficando cada becker em repouso por 24 horas para umedecer. Este procedimento era necessário para evitar que o carvão flotasse ao invés de sedimentar. Na mistura rápida, o tempo de agitação variou entre 2,5 e 5, minutos e o gradiente de velocidade foi mantido em 1 s-1. Após o tempo de mistura (contato), foram coletadas amostras do sobrenadante nos seis frascos do equipamento a uma altura de 7 cm a partir da superfície do líquido. Foram coletadas amostras em 3 tempos diferentes (1, 3,5 e 7 min), resultando as velocidades de sedimentação de: 7, 2 e 1 cm/min, respectivamente. Com as amostras do sobrenadante coletadas, tanto nos ensaios de sedimentação como de flotação, foram efetuadas determinações do NMP de coliformes totais e fecais (pelo sistema Colilert), carbono total, carbono inorgânico, carbono orgânico total, absorvância em 254 nm, turbidez e cor aparente, comparando-se esses valores com os iniciais. As medidas de carbono total, carbono inorgânico, carbono orgânico total, absorvância, turbidez e cor foram realizadas nos seguintes equipamentos: 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1476

5 ? Turbidímetro da Micronal, modelo B-25: utilizado para leitura de turbidez;? DR 2 da Hach: utilizado na leitura de cor aparente;? UV-Visible Recording Spectrophotometer da Shimadzu, modelo UV-16A: utilizado para leitura da absorvância;? Total Organic Carbon Analyser da Shimadzu, modelo TOC-5A: utilizado para leitura do carbono total, carbono inorgânico e carbono orgânico total; Salienta-se que as leituras de absorvância foram feitas utilizando-se um comprimento de onda de 254 nm, o qual identifica a presença de matéria orgânica natural. RESULTADOS Nas figuras 2, 3 e 4 são mostrados os resultados de alguns ensaios realizados nos reatores estáticos (ensaios de sedimentação). 1, Fração de Coliformes Totais Remanescentes,9,8,7,6,5,4,3,2,1, 2,5 5 12,5 17, Dosagem de CAGIP(mg/l) Figura 2 - Coliformes totais remanescentes para te mpo de contato de 5, min e velocidade de sedimentação 1 cm/min, com NMP de coliformes totais inicial igual a 271 / 1ml. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1477

6 1 Fração de Coliformes Fecais Remanescentes,9,8,7,6,5,4,3,2,1 2,5 5 12,5 17, Dosagem de CAGIP (mg/l) Figura 3 - Coliformes fecais remanescentes para tempo de contato de 5, min e velocidade de sedimentação 1 cm/min, com NMP de coliformes fecais inicial igual a 271 / 1ml. Turbidez no Sobrenadante (ut) 1,9,8,7,6,5,4,3,2,1 2,5 5 12,5 17, Dosagem de CAGIP(mg/l) Figura 4 - Variação da turbidez no sobrenadante para tempo de contato de 5, min e velocidade de sedimentação 1 cm/min, T =,73 ut. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1478

7 Nas figuras 5, 6, 7 e 8 são mostrados os resultados de alguns ensaios realizados no flotador em escala de laboratório com fluxo descontínuo (ensaios de flotação). 1 Fração de Coliformes Totais Remanescentes Dosagem de CAPIP (mg/l) Figura 5 - Coliformes totais remanescentes para tempo de contato de 2,5 min, com NMP de coliformes totais inicial igual a 27 / 1ml. 1 Fração de Coliformes Fecais Remanescentes Dosagem de CAPIP (mg/l) Figura 6 - Coliformes fecais remanescentes para tempo de contato de 2,5 min, com NMP de coliformes fecais inicial igual a 42 / 1ml. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1479

8 1 Fração de Coliformes Totais Remanescentes , Dosagem de CAPIP (mg/l) Figura 7 - Coliformes totais remanescentes para tempo de contato de 5, min, com NMP de coliformes totais inicial igual a 192 / 1ml. 1 Fração de Coliformes Fecais Remanescentes , Dosagem de CAPIP (mg/l) Figura 8 - Coliformes fecais remanescentes para tempo de contato de 5, min, com NMP de coliformes fecais inicial igual a 1 / 1ml. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 148

9 DISCUSSÃO Em relação aos resultados dos ensaios de sedimentação realizados: Comprovando as propriedades bactericidas do CAIP, ocorre uma diminuição do NMP de coliformes totais e fecais remanescentes em função do aumento da dosagem de CAIP, salientando que a remoção torna-se mais eficaz para dosagens maiores que 12,5 mg/l, chegando à remoção de 97% do coliformes totais na dosagem de 3 mg/l (Figura 1 e 2). Como visto na Figura 3, não houve significativa variação da turbidez(t =,73 ut), ficando os valores desta praticamente constantes, apenas tendendo a aumentar na dosagem de 3 mg/l (T 3mg/l =,92 ut). Em relação aos resultados dos ensaios de flotação realizados: Para tempo de contato 2,5 min foram testadas as dosagens de 5, 1, 2, 3 e 4 mg de CAPIP/l. Obteve-se uma redução gradativa do NMP de coliformes totais, de 16 % do valor inicial para a dosagem de 5 mg/l até 1 % para a dosagem de 4 mg/l (Figura 5). O NMP de coliformes fecais também sofreu uma redução para valores em torno de 1 % do valor inicial para dosagens variando de 5 a 2 mg/l (Figura 6). Para tempo de contato 5, min houve um grande decréscimo do NMP de coliformes totais, variando de 2 % do valor inicial para dosagem de 2,5 mg/l até zero para dosagens de 2 e 3 mg/l (Figura 7). O mesmo pode ser notado para o NMP de coliformes fecais, e até para as dosagens de 5 e 1 mg/l, o número de coliformes caiu a zero (Figura 8). CONCLUSÕES Para os ensaios de sedimentação, com velocidade de sedimentação de 1, cm/min. e tempos de contato iguais à 2,5 min. e 5, min., concluiu-se que:? O aumento da dosagem de CAGIP implica uma maior eficiência na remoção do NMP de coliformes totais e fecais (ocorreu redução do NMP de coliformes totais/1ml de 945 para 75, com o aumento da dosagem de 2,5 mg/l para 3 mg/l);? O CAGIP deve apresentar tamanho de grãos inferior à,6 mm, pois para granulometria maior, o tamanho do grãos acarreta grande sedimentação e pouca eficiência do CAIP;? A presença de turbidez (,73 ut até 3,5 ut ) e cor aparente ( 12 ut até 45 ut) não interfere na eficiência da desinfecção para as condições estudadas; Com base nos resultados, concluiu-se, a respeito do CAPIP e da flotação, que:? O carvão ativado impregnado com prata (CAPIP) é um poderoso agente desinfetante, reduzindo significativamente o NMP de coliformes totais e fecais de águas contaminadas, mesmo quando utilizado em pequena dosagens. Por exemplo, o número de coliformes atinge valores menores que 1 % do valor inicial para dosagens maiores ou iguais a 5, mg de 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1481

10 CAPIP/l, quando o NMP de coliformes totais iniciais na água de estudo era em torno de 325/1 ml e o tempo de contato era de 1 min.;? Com o tempo de contato de 5 min obteve-se elevada eficiência na remoção dos coliformes. Por exemplo, o número de coliformes atinge valores menores que 1 % do valor inicial para dosagens acima de 5, mg de CAPIP/l, quando o NMP de coliformes totais iniciais na água de estudo era em torno de 2/1 ml;? A turbidez e a cor aparente não interferem na eficiência de desinfecção do CAPIP dentro dos limites estudados (,5 a 5,5 ut para turbidez e 1 a 5 uc para cor aparente);? A flotação, com as características empregadas nos ensaios, não se mostrou um método eficiente na remoção do CAPIP, permanecendo muitas partículas de CAPIP em suspensão, principalmente nas dosagens mais elevadas;? O CAPIP apresenta propriedades adsorventes, evidenciadas, principalmente, nas dosagens mais baixas. Porém, a capacidade de adsorsão não pode ser precisamente avaliada nos ensaios realizados, devido a não se poder fazer uma distinção entre partículas de matéria orgânica da água de estudo e as partículas de CAPIP que permaneciam no sobrenadante após a realização da flotação, interferindo na medida do carbono orgânico total e da absorvância no comprimento de onda 254 nm, conforme ilustrado na Figura 9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRAS DE NORMAS TÉCNICAS NB-592 Projeto de Estação de Tratamento de Água par Abastecimento Público ABNT, Rio de Janeiro, Brasil, AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION, Water Quality and Treatment - A Handbook of Community Water Supplies AWWA IV Ed., USA, DI BERNARDO, L. Métodos e Técnicas de Tratamento de Água. DI BERNARDO & ABES, Vol I,1993, Rio de Janeiro, Brasil. 4. FERREIRA FILHO, S.S. Importância do Mecanismo de Transferência Externa de Massa em Filtros-Adsorvedores - Tese Doutorado-Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, Brasil, ISAAC,R.L. Controle de trihalometanos em Sistemas de Abastecimento de Água- Remoção po Adsorsão em Colunas de Carvão Ativado Granular em Estação de Tratamento de Água - Dissertação de Mestrado-Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, Brasil, o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1482