Tratamento de águas de lavagem de ônibus via floculação-flotação avançada para reuso

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1 III Workshop Gestão e Reuso de Água na Indústria 22 a 24 de novembro de Jurerê Beach Village Florianópolis, Santa Catarina, Brasil Tratamento de águas de lavagem de ônibus via floculação-flotação avançada para reuso Jorge Rubio 1 ; Rafael Newton Zaneti 2 ; Cristian Lísias Albuquerque Alvares 3 1 PhD no Imperial College, University of London e Pós-Doutorados na Clarkson University e na University of Califórnia - Berkeley USA. Coordenador do Laboratório de Tecnologia Mineral e Ambiental - LTM, Professor do Departamento de Engenharia de Minas - DEMIN e PPGEM, Programa de Pós-Graduação na UFRGS. Orientador de Dissertações, Teses e Pós-Doutorados, desde Estudante de Mestrado no Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais (PPGEM) - UFRGS. 3 Graduando em Engenharia Ambiental na Universidade Luterana do Brasil (ULBRA) Av. Bento Gonçalves, 9500 Prédio 75 sala 126, Cep: Porto Alegre/RS Brasil. Tel.: ; Fax: jrubio@ufrgs.br (J. Rubio). URL Resumo O objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento e a avaliação do sistema Floculação-Flotação em coluna FFC, no tratamento para reciclagem da água de uma unidade de lavagem de ônibus. Foram otimizados os seguintes parâmetros de separação, via floculação e flotação: (1) tempo de residência e grau de agitação nos floculadores hidráulicos em linha; (2) taxa de aplicação e (3) altura da coluna de flotação. A parte experimental foi realizada dentro da Empresa de Transportes Coletivos Viamão Ltda, que já realiza o reúso de água no processo de lavagem de sua frota de ônibus empregando um sistema do tipo floculação e FAD flotação por ar dissolvido (ETAR ). Este sistema serviu como base de comparação com os resultados obtidos com o sistema FFC em desenvolvimento, em termos de qualidade de água de reúso, aspectos operacionais e equipamentos de controle. Os melhores resultados (sistema FFC) obtidos permitiram estabelecer os seguintes parâmetros: (1) taxa de aplicação de 25m.h -1, (2) floculação em reator hidráulico em linha de fluxo serpentinado com 10s de tempo de retenção e (3) altura da coluna de flotação de 1,8m. Os resultados mostraram um bom potencial deste novo sistema, compacto e com uma operação eficiente de alta taxa de aplicação. Palavras-chave: reuso de água, lavagem de veículos, floculação-flotação, floculação hidráulica em linha e flotação em coluna 1. Introdução A lavagem de veículos (passeio e transporte) consome aproximadamente 3,7 milhões de m³.ano -1 no Brasil. Ainda, invariavelmente há a contaminação dos corpos hídricos com a água residuária do processo. Uma alternativa para tratamento visando à reciclagem desta água (Rubio et al, 2007) já aplicada no Brasil (unidades de 2,5 a 10 m³.h -1 - Aquaflot Industrial Ltda) é o processo de floculação-flotação (FAD), que remove alguns dos poluentes presentes, viabilizando a reciclagem da água. Os surfactantes e os sais dissolvidos, cuja remoção via floculação-flotação não apresentam boa eficiência, podem ser

2 removidos posteriormente por tratamentos complementares (filtro de carvão ativado, etc), ou ter sua concentração controlada por entrada de água nova no sistema. No presente estudo, o objetivo geral foi estudar o tratamento da água residuária do processo de lavagem de ônibus de uma empresa de transportes coletivos da região metropolitana de Porto Alegre (Empresa de Transportes Coletivos Viamão Ltda.), visando sua reciclagem. Como objetivo especifico, desenvolver o sistema FFC Floculação-Flotação em Coluna onde foram variados diversos parâmetros de projeto do sistema FFC, como o tipo de floculação, a taxa de aplicação e altura da coluna de flotação. Na falta de limites normativos para reciclagem de água neste processo, a água de reúso produzida pelo sistema ETAR em operação, na empresa, serviu de referência de qualidade. 2. Materiais e métodos A Figura 1 apresenta um esquema ilustrativo do sistema FFC em uma das condições estudadas Figura 1. Esquema ilustrativo do sistema FFC. 1 Reservatório de água residuária; 2 bomba centrifuga; 3 bombas dosadoras; 4 SR 1 Serpentina rápida 1; 5 RGF Reator gerador de flocos; 6 bomba centrifuga multifase; 7 válvula agulha e manômetro de pressão; 8 coluna de flotação e 9 controle de nível da coluna. Reagentes Os reagentes utilizados foram o Aquaflot AL, polímero natural orgânico catiônico de baixo peso molecular, fornecido pela Aquaflot Ltda e a soda comercial. Unidade de floculação hidráulica em linha As principais características dos floculadores hidráulicos em linha são: fluxo do tipo pistão (Carissimi e Rubio, 2005), pequeno tempo de retenção, alto gradiente de velocidade (800<G<2500 s -1 ) e ausência

3 de partes móveis (eixos e pás). Para os estudos de floculação foram construídos dois reatores de fluxo serpentinado - S1 (t r =10 s; G=1000 s -1 ) e S2 (t r =180 s; G=50 s -1 ) - e um reator de fluxo helicoidal RGF (t r =17 s; G=1350 s -1 ). Unidade de geração de microbolhas A tubulação de recalque da bomba centrifuga multifase Edur (modelo EB3u) é pressurizada a 4,5 kgf.cm -2. A jusante desta tubulação, tem-se uma válvula agulha de 1, onde ocorre a despressurização da corrente de água de reciclo e a conseqüente formação de microbolhas µm (Rubio e Rodrigues, 2003) - por cavitação e nucleação do ar dissolvido. Unidade de separação sólido/líquido Coluna de flotação A coluna de flotação foi construída em acrílico com diâmetro de 24 cm (A=0,04m²). A Tabela 1 apresenta as características hidrodinâmicas e hidráulicas da coluna nas diferentes taxas de aplicação ensaiadas, e a Tabela 2, as características construtivas, hidrodinâmicas e hidráulicas nas diferentes alturas de coluna estudadas. O número de mistura N d foi estimado usando a metodologia apresentada por (Finch et al., 2003) Tabela 1. Características hidrodinâmicas e hidráulicas da coluna de flotação para diferentes taxas de aplicação. Alimentação, m³.h -1 Taxa de aplicação, m³.m -2.h -1 Velocidade da corrente de água tratada, m.h -1 Tempo de residência, min Volume, m³ 0, , ,144 1, ,144 2, ,8 0,144 Tabela 2. Características construtivas, hidrodinâmicas e hidráulicas das diferentes colunas de flotação (alturas). Número de módulos Altura da coluna, m Volume, L N d, estimado Tempo de residência, min 3 1,8 68 3,2E-2 2,9 4 2,4 96 2,6E-2 3,8 5 3, ,2E-2 4,8 6 3, ,9E-2 5,8

4 Descrição dos ensaios O tempo de duração dos ensaios foi de duas horas com amostragens em intervalos de 15 minutos. Os ensaios foram repetidos em dias diferentes, visando analisar a reprodutividade dos mesmos. Na condição otimizada, foram realizados ensaios de 4 horas de duração e amostragem com intervalo de 30 minutos. 3. Resultados e discussões Os resultados mostram que com um tempo de retenção de 10 s em um floculador hidráulico de fluxo serpentinado (G= 100 s -1 ); taxa de aplicação no equipamento de separação de 25 m.h -1, altura da coluna de flotação de 1,8 m e geração de microbolhas com uma bomba centrifuga multifase, o sistema FFC disponibiliza água de reúso compatível com o processo de lavagem de ônibus. A Tabela 4 apresenta os resultados dos ensaios de longa duração (4 horas), realizados nesta condição otimizada. Tabela 4. Qualidade da água tratada pelo sistema FFC Valores finais % de remoção Turbidez, NTU Cor, Hz Sólidos suspensos, mg.l Sólidos dissolvidos, mg.l DQO, mg.l Observou-se uma concentração percentual dos sólidos dissolvidos com a diminuição no tempo de retenção no equipamento de separação sólido/liquido (tempo de residência na coluna de flotação Tabelas 1 e 2). De qualquer forma, as perdas de água no processo de lavagem e na coleta da água residuária, que são superiores a 20 % (Morelli, 2005), exigem a entrada de água nova no sistema. Ainda, a empresa Aquaflot Industrial Ltda. indica um máximo entre 10 e 20 ciclos para a mesma água. Assim, pode-se controlar a concentração de sólidos dissolvidos no sistema. Com o emprego do novo sistema, consegue-se uma considerável redução de área em planta (footprint) e em equipamentos de operação e controle, o que deve refletir no valor de construção da estação de tratamento. 4. Conclusão O FFC disponibilizou uma água de reúso de qualidade apropriada a lavagem de ônibus na seguinte condição: floculação em 10 s (floculador hidráulico em linha S1), taxa de aplicação de 25 m.h -1 ( quase três altura na separação sólido/liquido vezes superior à existente) e com uma coluna de flotação de 1,8m de altura. Os resultados mostraram 95 % de redução de turbidez e 79 % de redução de cor e 92 % de remoção de sólidos suspensos. Ainda, este sistema compacto apresentou uma redução de área

5 requerida para floculação-flotação (aproximadamente 45 % em relação a primeira geração) e diminuição da necessidade de equipamentos e controle. Agradecimentos Os autores agradecem a FAPERGS, CAPES e CNPq pelo apoio financeiro e pelo apoio técnico às empresas Viamão Transportes coletivos Ltda. e Aquaflot Industrial Ltda. Referências bibliográficas Carissimi, E.; Rubio, J. The flocs generator reactor FGR: a new basis for flocculation and solid-liquid separation. International Journal of Mineral Processing, 75 (3-4), p , Finch, J. A. Gómez, C.O. Hernandez, H. Gas dispersion and de-inking in a flotation column. Minerals Engineering, v 16, n. 8, p , Morelli, E. B. Reúso de água na lavagem de veículos. Dissertação de Mestrado, 92 p., apresentada à Escola Politécnica da USP, orientador: Ivanildo Hespanhol, Rodrigues, R.T and Rubio, J. New basis for measuring bubbles size distribuction Minerals Engineering, Vol 16, N o 8, p , Rosa, J. J., Rubio, J. The FF (floculation-flotation) process. Minerals Engineering, v 18, n. 7, p , Rubio, J.; Carissimi, E.; Rosa, J. J. Flotation in water and wastewater treatment and reuse: recent trends in Brazil. Int. J. Environment and Pollution, V. 30. (2), 2007.