AVALIAÇÃO DO POTENCIAL DA FLOTAÇÃO POR AR DISSOLVIDO PARA CLARIFICAÇÃO DE ÁGUA COM BAIXA TURBIDEZ

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1 AVALIAÇÃO DO POTNCIAL DA FLOTAÇÃO POR AR DISSOLVIDO PARA CLARIFICAÇÃO D ÁGUA COM BAIXA TURBIDZ 219 Patrícia Guilhermina da Silva Léd 1, Jã Bsc Araúj de Paul 2, Raquel Franc de Suza (I) e (2) Universidade Federal d Ri Grande d Nrte- Departament de ngenharia Química Av. Senadr Salgad Filh s/n- Campus Univcrsitúri- Natai-RN. patiled@eq.ufrn.br; jbsc@cq.ufrn.br (3) Universidade Federal d Ri Grande d Nrte- Departament de Gelgia -/\v. Senadr Salgad Filh s/n- Campus Universitári- Natal-RN. raquel@gelgia.ufrn.br RSUMO O presente trabalh tem cm bjetiv investigar prcess da fltaçã pr ar disslvid sb pressã - F 1\D para remçã da turbidez em amstras de água prvenientes da Laga d Jiqui/RN.O prcediment experimental fi realizad em uma unidade de fltaçã em escala de bancada. Fram avaliads a influência das cndições d prétratament (cncentraçã de cagulante e temp de flculaçã) e parâmetrs de prcess da fltaçã (taxa de aplicaçã superficial e taxa de recirculaçã ). Fram testads dis diferentes cagulantes, sulfat de alumíni, que é um cagulante cnvencinalmente utilizad para clarificaçã de águas, e sementes de Mringa leifera, uma planta trpical a partir da qual pde ser extraíd um cagulante ativ, segur e barat. 1\ eficiência d prcess fi avaliada pela determinaçã de turbidez nas amstras brutas e tratadas. Os resultads btids mstraram que, elevadas eficiências de remçã de turbidez pdem ser cnseguidas cm us da FADem águas cm baixa turbidez. Palavras chave: Clarificaçã de água; fltaçã pr ar disslvid; remçã de turdidez. ABSTRACT The present wrk has as bjective t investigate lhe prcess f lhe disslved air fltatin-daf fr remva! f lhe turbidity in water samples frm lhe Lagn f lhe Jiqui/RN. The experimental prcedure was carried thrugh in a unit f fltatin in bench scale. The influcnce f the cnditins f lhe daily pay-treatment (cncentratin f cagulant and time f flcculatin) and parametcrs f prcess f the fltatin had been evaluated (tax f superficial applicatin and tax f recirculatin). Tw differcnt cagulants, lhe aluminum sulphate had been tested, that are a cnventinally used cagulant fr clarificatin f waters, and seeds f Mringa leifera, a trpical plant frm which can be extracted an active, safe and cheap cagulant. The efticiency f lhe prcess was evaluated by the detenninatin f turbidity in the rude and treated samples. The btained results have shwn that, high efficiencies f remva! f turbidity can be btained with lhe use f lhe F AD in waters with lw turbidity. KY- WORDS: clarificatin water, disslved a ir fltatin, remva! f turbidity

2 220 Patrícia Guilhennina da Silva Léd, Raquel Franc de Suza Lima, Jã Bsc Araúj de Paul L INTRODUÇÃO Um ds grandes prblemas enfrentads pel mund é a dispnibilidade de úgua dce, send vital para a sbrevivência ds seres humans. m nss planeta existe uma limitaçã deste recurs, sabe-se que ds 0,8% de água dce existente n planeta, 97% sã águas subtejtâneas e smente 3% crrespndem a :ígua superficial. Ainda assim, nem sempre ela é aprpriada para cnsum human, trnand-se nccessúri realizar a remçã das impurezas presentes para adequaçã as padrões de ptabilidade. Ns próxims 50 ans, s prblemas ambientais relacinads cm a f~1lta de água u a cntaminaçã de mananciais afetarã praticamente tds s habitantes d planeta. As regiões d mund que sfrem escassez de água estã crescend em área e em quantidade (UNSCO, 1997; OMS, 1997). Diante desta realidade, trna-se necessári desenvlviment de tecnlgias que frneçam elements que venham cntribuir cm a preservaçã ambiental e manutençã da qualidade da úgua, prpiciand seu efetiv tratament para cnsum diret e indiret ds seres humans. A fltaçã pr ar disslvid (FAD) é um ds vúris métds de fltaçã. O seu us, para clarificaçã de água, é recente, send utilizada primeiramente em 1960 na África d Sul e scandinávia (Lnghurst & Graham, 1987; Wrtel, 1991 ; Haarhff & Van Vuuren, 1993). Atualmentc é amplamente utilizada na Bélgica, Nruega, Rein Unid, Ásia e Austrália (Gregry 1997). N Brasil, as pesquisas se iniciaram desde 1976 na scla de ngenharia de Sã Carls, USP. Lbat ct a/. 1995, relatam que a primeira unidade em escala industrial para clarilicaçã de úgua ptável n Brasil fi a TA Meaípe, n spírit Sant, perand desde Segund Richtcr 200 I, a aplicaçã pineira fi n::~s indústrias Dhlcr. em Jinville, SC, iniciand sua peraçã em Atualmcnte a 11taçã pr ar disslvid é utilizada em di versas cidades d Brasil, pdend citar, Brasília, Sã Paul. spírit Sant. Tend cm base s resultads de expcriencias btidas que cmprvam que prcess de F AD é uma ba pçã para tratament de água para abasteciment n Brasil, send um prcess mvadr, apresentand váris aspects psitivs cm elevada qualidade d efluente Jinal, baix cust peracinal, puca área demandada para implantaçã e grande estabilidade peracinal, neste trabalh, fi feita uma avaliaçã d desempenh da f AD n prcess de tratament de água da T A-Jiqui (staçã de Tratament de Água d J iqui) na cidade de Natal, através de ensais em equipament de bancada- tltatcste. Na TA-Jiqui, atualmcntc a tecnlgia de tratament é a de filtraçã direta precedida de cagulaçã. Fram verificadas a influência das cndições de pré-tratament: dsagem de cagulante c temp de f1culaçã na eficiência da FAD, assim cm impact da variaçã ds parümetrs de prjet c peraçã: taxa de aplicaçã superficial e a taxa de rccirculaçã, na eficiência d prcess. Send a turbidcz pariimctr cnsiderad n cntrle da eficiência. Os cagulantes testads fram sulfat de alumíni, que é um cagulante cnvencinalmente utilizad para clarificaçã de águas, e sementes de Mringa lei/cra, uma planta trpical a partir da qual pde ser extraíd um cagulante ativ, segur e barat. Cagulantes naturais de rigem vegetal c mineral s;\ usads n tratament da (lgua e de esgt antes d advent de prduts químics sint~tics cm s sais de alumíni c férrics (Ndabigcngcserc, 1995 ). Os resultads btids mstraram que, elevadas cticiências de remçã de turbidez pdem ser cnseguidas cm us da FADem úguas cm baixa turbidez. O desenvlviment desta pesquisa, envlvend esta tecnlgia, pderú cntribuir na busca de uma alternativa viável para a melhria da qualidade da úgua prduzida em TAs c frneciment de elements que auxiliem na luta pela preservaçã d mei ambiente, servind cm pnt de partida para estuds da aplicabilidade desta kcnlgia na regiã. 2. MATRIAIS MÉTODOS 2.1- Mntagem da unidade fltateste Para a realizaçã ds experiments fi cnstruíd um equipament cm escala de bancada, fltateste. Send frmad, basicamente, pela assciaçã de três clunas de fltaçã a uma cümara de saturaçã. nde crrem as etapas de cagulaçã, flculaçã e tltaçã. A cnstruçã fi baseada em equipaments utilizads pr Lacerda ( 1997) e Pint (1999) d Departament de ngenharia Civil c Ambiental da Universidade Federal de!3rasília (UN!3).

3 221 Patrícia Guilhermina da Silva Lédu, Raquel Franc de Suza Lima, Jã Bsc Araúj de Paul 2.2- Cleta de amstras Tdas as amstras fram clctadas n canal de entrada da água bruta da staçã de tratament de água d Jiqui (TA-Jiqui), pertencente a Cmpanhia de úguas c sgts d Ri Grande d Nrte (CARN/ RN). Para facilitar desenvlviment d trabalh, fui instalada uma tubulaçã que cnduzia a água bruta d canal de entrada até labratóri, nde eram realizads s experiments Desenvlviment d trabalh experimental O trabalh experimental fi dividid em 4 etapas, cm mstrad na tabela I, send mantids cnstantes s seguintes parâmetrs d prcess: Mistura rápida- I minut, G= 40s. 1 ; Mistura lenta- IS minuts, G=IOOOs- 1 ; Pressã de saturaçã= 5,5 kgf I cm 2. A esclha destes parâmetrs fi baseada em trabalhs realizads anterinnente pdend citar, dzwald, 1995; Lacerda, 1997 e Richtcr, 200 I. Para s experiments realizads cm sementes de Mringa leifera temp de mistura rápida fi de 2 minuts e a mistura lenta 20 minuts, s demais parâmetrs permaneceram iguais. A eficiência d prcess fui avaliada a partir de medidas de turbidez da água antes e após s experiments, em tdas as etapas. Fram realizads ensais de fltaçã para ph 6.0 cm sulfat de alumíni e ensais cm Mringa leifera n ph 6.4(livre). Tabela 1- tapas de investigaçã tapas Objctiv 1 Determinaçã da faixa de dsagem ótima de cagulante 2 Avaliaçã da inl1uêneia da taxa de aplicaçã superficial na eficiência d prcess 3 Avaliaçã da inl1uência d temp de Hculaçã na eficiência d prcess 4 Avaliaçã da inl1uência da taxa de recirculaçã na eficiência d prcess m cada uma destas etapas, era encntrada a melhr cndiçã, u seja, aquela em que se tinha a melhr eficiência de remçã de turbidez, que fi parâmetr de cntrle esclhid. A cada etapa, utilizavam-se as melhres cndições determinadas anterirmente e assim, sucessivamente. 3. RSULTADOS DISCUSSÃO 3.1- Sulfat de alumíni Determinaçã da faixa de dsagem ótima de cagulante As dsagens fram variadas e verificada a influência na eficiência d prcess n que diz respeit a remçã de turbidez. Verifica-se a crrência de três tàses, cm mstrad na figura I, na primeira fase um aument na dsagem é acmpanhad pel aument d percentual de remçã de turbidez, alcançand ~m máxim de eficiência de remçã de 91,75%, cm dsagem de sulfàt de alumíni de IS mg/l. Na segunda fase cm dsagens variand de 20 a 60 mg/l, verificu-se melhr remçã na dsagem de 20 mg/l de sulfat de alumíni. A terceira fase cm dsagens acima de 60 mg/l caracterizu-se pela diminuiçã da eficiência d prcess. Até a dsagem de 90mg/L s flcs frmads apresentaram tamanh pequen caracterizand mecanism de adsrçã neutralizaçã de cargas, acima desta dsagem s flcs frmads apresentaram um aument de tamanh, nesta faixa sugere-se a predminância d mecanism de

4 222 Patrícia Guilhennina da Silva Léd, Raquel Franc de Suza Lima, Jã Bsc Araúj de Paul varredura, n qual crre a frmaçã de precipitads de hidróxids de alumíni, juntamente cm as partículas clidais aprisinadas as mesms. ~ 100 :õ =!- QJ 60 "O Q 40 I e<! v- 20 QJ ~ ~ c Sulfat de Alumíni (mg/l) Figura 01- nsais cm fltateste: variaçã da dsagem de cagulante Avaliaçã da influência da taxa de aplicaçã superficial na eficiência d prcess Nesta segunda etapa as taxas de aplicaçã superfi cial variaram na faixa de 80,35m 3 /m 2.d a 482,4m 3 /m 2.d. Fi testada a dsagem de 15mg/L, que apresentu a mair eficiência de remçã de turbidez. Observu-se que nas taxas de aplicaçã superficial de 120,96 a 241,2 m 3 /m 2.d, fram btids s melhres resultads, cm mstrad na figura 02. Fi esclhida entã a taxa de aplicaçã superficial de 241,2m 3 /m 2.d para as etapas seguintes ~ Taxa de apl icaç ã s upcrficial (m3/m2.d) Figura 02- nsais cm tltateste: variaçã da taxa de aplicaçã superficial Avaliaçã da influência d temp de flculaçã na eficiência d prcess Nesta etapa fi verificada a influência d temp de fl culaçã na eficiência d prcess. Verifica-se um aument na eficiência da fltaçã cm aument d temp de flculaçã, cm mstrad na figura 03. sclheu-se entã temp de 15 minuts de flculaçã, que se mstru adequad para a cntinuidade ds experiments. De acrd cm Richter, 200 I, nas instalações de F AD n Brasil, s temps de flculaçã variam entre 3,5 a 20 minuts, cm uma média de 12 minuts. Nã se verificand influência significativa d temp de lltaçã nus resultads btids. Segund AL-SHAMRANl et ai. (2002), ai nda nã sã claras quais as cndições de llculaçã ót imas para a FAD. Há divergências quant a temp de flculaçã, gradiente de velcidade e tamanh ds flcs.

5 223 Patricia Guilhermina da Silva Léd. Raquel Franc de Suza Lima, Jã Bsc Araúj de Paul "C 90 :õ... 2 x "C "' 70 10: 60 "" 50 c::: "' 40 ~ 5 lo Temp de nculaçã (min) Figura 03- nsais cm tltateste: variaçã d temp de tlculaçã Avaliaçã da influência da taxa de recirculaçã na eficiência d prcess Nesta etapa fram testadas as taxas de recirculaçã de 5, I O, 15 e 20% e sua influência na remçã de turbidez, cm mstrad na figura 04. Os resultads encntrads mstram que a taxa de recirculaçã que apresentu melhr eficiência fi de 15%. A taxa de recirculaçã usualmente utilizada n sistema de fltaçã para clarificaçã de água está entre 6 a 15% (Richter, 200 I). 8 "C 100 I :õ Q.l "C 80 J ~... 10: 70 I "" 60 ~ Q.l c::: 50 ~ ~ 40 5 lo Taxa de recirculaçã (%) Figura 04- nsais cm fltateste: variaçã da taxa de recirculaçã 3.2- Mringa leifera Determinaçã da faixa de dsagem ótima de cagulante Nesta etapa a dsagem de cagulante fi amplamente variada, a turbidez medida, antes e após s ensais de fltaçã e calculada a remçã de turbidez. A figura 05 mstra s resultads encntrads. Verifica-se um aument n percentual de remçã de turbidez cm aument da dsagem, alcançand um máxim de 73,85% na cncentraçã de 50 mg/l. Acima desta dsagem verifica-se uma diminuiçã da eficiência d prcess. Os flcs frmads utilizand as sementes de MO cm cagulante sã menres d que s bservads utilizand sulfat de alumíni. Sugere-se que mecanism de cagulaçã predminante é de adsrçã neutralizaçã de cargas.

6 224 Patrícia Guilhermina da Silva Léd, Raquel Franc de Suza Lima, Jã Bsc Araúj de Paul 100 ~ 90 "O 80 :.õ ::s 60 "O "' 50 Q 40 ~ u- 30 Q 20 "' ~ lo ~ x Mringa 0/eifera (mg/l) Figura OS- nsais cm fltateste: variaçã da dsagem de cagulante Avaliaçã da influência da taxa de aplicaçã superficial na eficiência d prcess Nesta etapa as taxas de aplicaçã superficial variaram de 80,35m 3 /m 2.d a 482,4m 3 /m 2.d. A cncentraçã de cagulante testada fi a de 50 mg/l que apresentu a melhr eficiência de remçã de turbidez. A figura 06 mstra s resullads btids. Verifica-se que as variações na taxa praticamente nã afetaram a eficiência d prcess. Fi esclhida entã a taxa de aplicaçã superficial de 241,2m 3 /m 2.d para as etapas seguintes, que apresentu um percentual de remçã de turbidez de 73,56%. ~ 100 I ~ 90 l ~ 7 J.. ~ I ~ 60 l Q I ~-._~ ~ ~ : ~ 40 L ,- ---, ---~ r--- r--~ -, ;t taxa de aplicaçã superficial (m3/m2.h) Figura 06- nsais cm fltateste: variaçã da taxa de aplicaçã superficial Avaliaçã da influência d temp de flculaçã na eficiência d prcess Nesta etapa s temps de flculaçà testads fram de O, 5, I O, 15 c 20. sta etapa era efetuada cm as melhres cndições encntradas nas etapas anterires. Verifica-se um aument n percentual de remçã de turbidez cm aument d temp de flculaçã. sclheu-se temp de tlculaçã de 15 minuts para dar cntinuidade as experiments, que apresentu um percentual de remçã de turbidez de 73,86%.

7 225 Patrícia Guilhermina da Silva Léd, Raquel Franc de Suza Lima, Jã Bsc Araúj de Paul "t:l :c ~ CJ "t:l 60 ~ <.r CJ 0:: ~ , 5 lo Temp de flculaçã (min) Figura 07- nsais cm fltateste: variaçã d temp de flculaçã Avaliaçã da influência da taxa de recirculaçã na eficiência d prcess Nesta etapa as taxas de recirculaçã testadas fram de 5, I O, 15, 20 e 25%. Os resultads encntrads sã mstrads na figura 08. Verifica-se puca variaçã na eficiência d prcess cm a variaçã da taxa de recirculaçã. sclheu-se a taxa de recirculaçã de I 0%. ~ I 00, :!.J::/... B "t:l "" ~ u-- 0 "" 0:: ~ 90 i x I 70! _ ,_----4 ~ J 50 l 40 I Taxa de recirculaçã (%) Figura 08- nsais cm fltateste: variaçã da taxa de recirculaçã 4. CONCLUSÕS Os resultads btids cm sementes de MO apresentaram remçã de turbidez inferires as cnseguidas cm sulfat de alumíni. Ainda assim, as sementes de Mringa se mstraram eficazes na clarificaçã de águas de baixa turbidez, utilizand a F AD; ficiências de remçã altas pdem ser atingidas cm taxas de aplicaçã superficial maires quand se utilizam valres de ph mais baixs, quand se utiliza sulfat de alumíni cm cagulante; Os resultads encntrads, para s dis cagulantes, cnfirmam a tendência relatada pr váris pesquisadres de que a F AD pera melhr nas taxas de recirculaçã de I O a 20% em funçã ds maires valres de razã ar/sólids; O empreg da F AD em tratament de água para abasteciment, n Brasil, é um prcess invadr, apresentand bns resultads para clarificaçã de águas; 5. AGRADCIMNTOS Os autres agradecem a CAPS pel suprte financeir; à MBRAP A Tabuleirs Csteirs, pel frneciment das sementes de Mringa e a CARN pela execuçã ds experiments na TA-Jiqui/RN.

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