INSTALAÇÃO DE UNIDADES DE DESFLUORETAÇÃO PARA AS ÁGUAS DE CAPTAÇÃO SUBTERRÂNEA NAS LOCALIDADES SANTA MARIA E TIBAGÍ DAE SÃO CAETANO DO SUL

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1 INSTALAÇÃO DE UNIDADES DE DESFLUORETAÇÃO PARA AS ÁGUAS DE CAPTAÇÃO SUBTERRÂNEA NAS LOCALIDADES SANTA MARIA E TIBAGÍ DAE SÃO CAETANO DO SUL 1 SÍNTESE DO TRABALHO A SER APRESENTADO A existência de dois poços tubulares profundos de captação de água subterrânea para fins de abastecimento público de água, de propriedade do D.A.E. do Município de São Caetano do Sul, com elevados teores do íon fluoreto (1,8 mg/l F - no Tibagí e 2,4 F - no Santa Maria), bem como a necessidade de tratamento e adequação das águas destas captações aos padrões de potabilidade, foram os antecedentes que justificaram o presente projeto. As duas captações apresentam vazão mensal total de m 3, além de oferecer uma capacidade potencial de suprimento de água potável para pessoas. Os critérios básicos para a escolha do processo mais apropriado para a remoção de fluoretos em águas de captação subterrânea para consumo humano são a eficiência, economia de implantação e operação e, a simplicidade na operação. A instalação das duas unidades de tratamento foi precedida do desenvolvimento de um projeto de engenharia química de tratamento realizado nos laboratórios da AMBIOS ENGENHARIA E PROCESSOS LTDA, sob a supervisão do Dr. Alexandre Pessoa da Silva. Durante o desenvolvimento do processo foram realizados ensaios que permitissem a otimização dos parâmetros envolvidos: porosidade; densidade de malha; granulometria; tempo de retenção; dimensão das células, disposição dos leitos de contato; expansão dos leitos nos ciclos de operação e regeneração e, velocidade de sedimentação da alumina. A seletividade de adsorção da alumina em relação aos ânions hidroxila e fluoreto é uma função do ph dominante na coluna de adsorção. No processo ocorre a troca iônica dos íons, com a fixação dos fluoretos na alumina e liberação dos íons hidroxila. Com isto a água tratada, efluente, vai lentamente se alcalinizando, sinalizando também a saturação da coluna. Através dos ensaios realizados na fase de desenvolvimento, observou-se uma notória superioridade dos processos de sorção de fluoretos com compostos de alumínio sobre os demais processos, com destaque maior para o óxido de alumínio parcialmente desidratado, também conhecido como alumina ativada. 1

2 2 DESCRIÇÃO DO OBJETIVO DO TRABALHO A SER APRESENTADO Apesar das águas profundas, normalmente apresentarem um alto grau de pureza, o que permite a sua distribuição sem ou com tratamento simples, existem registros de um número significativo de municípios do Estado de São Paulo, cujos poços artesianos apresentam problemas de excesso de flúor em suas águas, impedindo que as mesmas sejam utilizadas para consumo humano. A existência de dois poços tubulares profundos de captação de água subterrânea para fins de abastecimento público de água, de propriedade do D.A.E. do Município de São Caetano do Sul, com elevados teores do íon fluoreto, (1,8 mg/l F - no Tibagí e 2,4 F - no Santa Maria), bem como a necessidade de tratamento e adequação das águas destas captações aos padrões de potabilidade, foram os antecedentes que justificaram o presente projeto. As duas captações apresentam vazão mensal total de m 3, além de oferecer uma capacidade potencial de suprimento de água potável para pessoas. Pelas razões acima assinaladas o DAE de São Caetano do Sul resolveu desenvolver projeto de engenharia química de processo que permitisse a instalação e operação de duas unidades de tratamento para a adequação do íon fluoreto da água proveniente das captações subterrâneas assinaladas às normas de potabilidade. O íon fluoreto, além de sua capacidade de inibir e ativar sistemas enzimáticos, tende a se fixar nos tecidos chamados duros (ossos e dentes) dos animais superiores. Nos dentes esta fixação se dá através da substituição do íon hidroxila da hidroxi-apatita (substância básica do esmalte dos dentes), pelo íon fluoreto, formando a fluorapatita de maior resistência. Além disso, o flúor atua de forma germicida quanto aos germes causadores da cárie dentária através da inibição dos seus sistemas enzimáticos. No Brasil, como em muitos outros países, compostos de flúor são adicionados à água potável de modo a resultar em residuais de fluoreto de 0,6-1,4 mg/l, dependendo da temperatura local média. A presença de íons fluoreto, que nas águas subterrâneas ocorre de forma natural, é desejável em baixas concentrações, atuando de forma profilática na prevenção das cáries, porém acima de determinados limites torna-se prejudicial à saúde humana. O corpo humano, necessita de 1,3-1,5mg de flúor/dia, sendo que a ingestão contínua de teores de flúor acima de 2 mg/dia pode ser prejudicial para a saúde de um modo geral. O efeito mais comum causado pelo consumo de água com excesso de flúor é a conhecida fluorose dentária, caracterizada pelo surgimento de manchas nos dentes da população, cuja coloração 2

3 pode variar do branco ao marrom escuro que, posteriormente, degenerando-se, pode resultar em furos no esmalte dos dentes. Os valores recomendados para a concentração do íon fluoreto em água para consumo humano é determinado pela média das temperaturas máximas diárias do ar, normalizada pelo Ministério da Saúde através da Portaria n o 1.469, não devendo ultrapassar - para a região da Grande São Paulo, incluindo São Caetano do Sul - a concentração de 1,00 mg/l. A instalação das duas unidades de tratamento foi precedida do desenvolvimento de um projeto de engenharia química de tratamento realizado nos laboratórios da AMBIOS ENGENHARIA E PROCESSOS LTDA, sob a supervisão do Dr. Alexandre Pessoa da Silva. 3 METODOLOGIA E/OU DESENVOLVIMENTO 3.1 FUNDAMENTAÇÃO TÉCNICA PROCESSOS POSSÍVEIS Os critérios básicos para a escolha do processo mais apropriado para a remoção de fluoretos em águas de captação subterrânea para consumo humano são a eficiência, economia de implantação e operação e simplicidade na operação. Entre os possíveis processos para a remoção de íons fluoretos pode-se citar, entre outros, a desmineralização total ou parcial da água através de processos de troca iônica com a utilização de resinas sintéticas. As resinas sintéticas têm como matriz produtos da copolimerização de um grupo vinílico, como estireno ou ácido acrílico, com divinilbenzeno, na qual são atrelados grupos funcionais (-SO 3 H; -COOH; RNOH-), etc. Outros produtos de diferentes tipos e composições químicas tais como: carvão de osso, sulfato de alumínio, alumina ativada, cal, aluminas hidratadas comerciais, bauxita, dolomita, sílica, argilas pré-tratadas, magnesita, farinha de osso, gesso, sulfato de magnésio, calcáreo, apatita, alúmen comercial, cal hidratada, cal dolomítica, caulim, nitrato de cálcio, cloreto férrico e outros, além de várias combinações destes produtos, também podem ser utilizados em processos para a remoção de fluoretos. 3

4 3.1.2 JUSTIFICATIVA TÉCNICA NA ESCOLHA DOS INSUMOS Pelos dados da literatura, e por alguns ensaios prospectivos com diversos dos compostos assinalados, não apresentaram resultados satisfatórios após os primeiros ciclos de regeneração, constando-se não só uma acentuada perda da atividade, mas também uma baixa resistência ao ataque químico. Pelas razões expostas, nota-se uma notória superioridade dos processos de sorção de fluoretos com compostos de alumínio sobre os demais processos, com destaque maior para o óxido de alumínio parcialmente desidratado, também conhecido como alumina ativada. Desde o ponto de vista de eficiência e seletividade, as aluminas ativadas equiparam-se às resinas de troca iônica. Porém, além dos custos de insumos bem menores, as aluminas ativadas, apresentam maior resistência e menor desgaste, proporcionando uma maior vida útil e maior economicidade. 4 RESULTADOS E/OU CONCLUSÕES 4.1 ENSAIOS PARA DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS DE PROCESSO Os ensaios de remoção de íons fluoreto, em escala de bancada, foram realizados através do bombeamento de água preparada com as características físico-químicas semelhantes às águas da Santa Maria, com uma concentração de fluoreto de 2,5 mg/l. Durante o desenvolvimento do processo foram realizados ensaios que permitissem a otimização dos parâmetros envolvidos: porosidade; densidade de malha; granulometria; tempo de retenção; dimensão das células, disposição dos leitos de contato; expansão dos leitos nos ciclos de operação e regeneração e velocidade de sedimentação da alumina. O processo de remoção de fluoretos através da adsorção em alumina ativada tem como principal parâmetro de processo o ph que determina a cinética de retenção dos fluoretos pela coluna. Pelos dados da literatura, a seletividade de adsorção da alumina em relação aos ânions hidroxila e fluoreto é uma função do ph dominante na coluna de adsorção. No processo ocorre a troca iônica dos íons, com a fixação dos fluoretos na alumina e liberação dos íons hidroxila. Com isto a água tratada, efluente, vai lentamente se alcalinizando, sinalizando também a saturação da coluna. 4

5 Para determinar os parâmetros de processo também foram realizados ensaios de remoção de fluoretos por adsorção no leito de alumina sob variação da solução de alimentação. Pelos resultados obtidos, nota-se claramente a melhor eficiência do processo de remoção de fluoretos quando o fluxo de alimentação da coluna é acidificado ao ph na faixa entre 5,5 e 6, PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS IDEAIS PARA O PROCESSO O processo químico para a regeneração da coluna de adsorção consiste na alcalinização do leito de alumina, permitindo o deslocamento da seletividade de adsorção para a retenção dos íons hidroxilas e liberação dos íons fluoretos, esgotados do sistema. Após cada ciclo de regeneração da coluna faz-se necessário o seu condicionamento para as condições de seletividade de adsorção de fluoretos, que ocorre em ph ácido conforme diagrama de adsorção/desorção de fluoretos em função do ph, abaixo. A tabela a seguir apresenta as relações de equilíbrio de adsorção entre os íons fluoreto e hidroxila, em ralação à alumina, em função do ph. 5

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