INFLUÊNCIA DO TIPO E DA DOSAGEM DE POLÍMERO NA CAPACIDADE DE PRÉ-ADENSAMENTO DE LODOS GERADOS EM ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA

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1 INFLUÊNCIA DO TIPO E DA DOSAGEM DE POLÍMERO NA CAPACIDADE DE PRÉ-ADENSAMENTO DE LODOS GERADOS EM ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA Luiza Carla Girard Mendes Teixeira (1) Engenheira Civil pela Universidade Federal do Pará. Mestranda em Engenharia Hidráulica e Sanitária pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Professora e Coordenadora do Curso de Saneamento da Escola Técnica Federal do Pará. Sidney Seckler Ferreira Filho Engenheiro Civil pela Escola Politécnica da USP. Professor Assistente Doutor do Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo em Regime de Dedicação Exclusiva à Docência e Pesquisa. FOTOGRAFIA NÃO DISPONÍVEL Endereço (1) : Av Governador Magalhães Barata, 84, apto Nazaré - Belém - PA - CEP: Brasil - Tel: (91) Fax: girard.bel@zaz.com.br RESUMO A maioria das Estações de Tratamento de Água (ETA) no Brasil normalmente dispõe os resíduos gerados durante o processo diretamente em rios ou lagos. Essa prática pode causar uma série de danos as populações aquáticas e ao meio ambiente. O alumínio, principal substância usada como coagulante, pode causar toxicidade a diversas espécies de peixes, bactérias, algas e invertebrados. Procurando atender a necessidade de tratamento destes resíduos, faz-se necessária a investigação de tecnologias apropriadas para este fim. Assim, este trabalho relata um estudo de adensamento por gravidade realizado com o lodo produzido em uma ETA que utiliza o tratamento convencional, através da aplicação de sulfato férrico clorado e cloreto férrico como coagulantes. Devido a natureza dos lodos de ETA s, foi de fundamental importância que o mesmo fosse pré-condicionado com o uso de polímeros, para melhorar suas características de adensamento. Para tal, foram utilizados polímeros catiônicos, aniônicos e não iônicos. A capacidade de adensamento foi estimada através do cálculo da velocidade de sedimentação em zona proveniente de ensaios de adensamento em batelada. Os estudos realizados nesta estação possibilitaram avaliar a influência do tipo de polímero e da sua respectiva dosagem na capacidade de adensamento dos lodos gerados. De uma maneira geral, a velocidade de sedimentação em zona aumenta a medida em que se eleva a dosagem de polímero. O polímero que apresentou melhores resultados foi um catiônico de alto peso molecular. Conclui-se ainda que a escolha do polímero e a respectiva dosagem mais adequada para o adensamento deve ser baseada em ensaios experimentais com o lodo em estudo. PALAVRAS-CHAVE: Adensamento, Tratamento de Água, Polímeros, Resíduos Sólidos. 2 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 131

2 INTRODUÇÃO O tratamento e a disposição de resíduos gerados durante o processo de tratamento de água é um problema que tem sido estudado há vários anos por pesquisadores dos Estados Unidos e da Europa (AWWA,1996; FERREIRA FILHO,1997; GRANDIN,1992; WANG et al,1992; MONTGOMERY,1985). Esses resíduos quando descarregados diretamente em rios e lagos podem causar uma série de danos ao ambiente aquático e ao meio ambiente. O tratamento destes envolve várias etapas como o adensamento, o condicionamento e a desidratação. O lodo produzido em ETA s é composto de argilas, siltes, areia fina, material húmico e microrganismos, bem como de produtos provenientes do processo de coagulação. Devido à esses fatores os lodos formados por hidróxidos de alumínio e ferro são de difícil adensamento e desidratação, sendo necessário o seu pré-condicionamento, antes de serem submetidos a esses processos. Para este fim, são utilizados normalmente polímeros catiônicos, aniônicos e não iônicos. OBJETIVO O objetivo deste trabalho foi investigar a influência do tipo de polímero e sua respectiva dosagem no pré-condicionamento de lodos gerados em estações de tratamento de água (ETA s) visando o seu adensamento por gravidade. MATERIAIS E MÉTODOS Para avaliar a influência do tipo e da dosagem de polímero na capacidade de adensamento do lodo foram realizados ensaios de adensamento por batelada. O lodo utilizado no estudo foi proveniente dos decantadores da ETA do Alto da Boa Vista (ETA-ABV), operada pela Companhia de Saneamento do Estado de São Paulo - SABESP. A concepção do processo de tratamento de água realizado na estação é o convencional, com a aplicação de sulfato férrico clorado e cloreto férrico como coagulantes. As dosagens típicas de ambos coagulantes situam-se na faixa de 18 mg/l a 22 mg/l. Tendo por propósito evitar comparações entre polímeros fabricados por diferentes fornecedores, todos os selecionados para a condução da investigação experimental foram solicitados de um único fabricante. Devido a grande variedade de polímeros fabricados e disponíveis no mercado nacional, escolheu-se a BETZDEARBORN como fornecedora principal. Estes foram selecionados de acordo com sugestões do fabricante, de tal forma a se obter variações no que diz respeito à carga e ao peso molecular. Assim sendo, foram testados polímeros catiônicos, aniônicos e não iônicos, de baixo, médio e alto peso molecular. Os polímeros escolhidos e suas características estão apresentados na Tabela 1. 2 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 132

3 Tabela. 1 - Características dos polímeros utilizados nos ensaios de adensamento. Fabricante: BETZDEARBORN. Nomenclatura Forma Carga Densidade de carga Peso molecular D14 Cristais Catiônico Baixa Alto D91 Emulsão Catiônico Alta Alto F52 Emulsão Não iônico - Médio F18 Emulsão Aniônico Baixa Alto F33 Emulsão Aniônico Média Alto Os ensaios foram conduzidos em coluna de adensamento com 1, m de altura e 17 cm de diâmetro, onde o lodo foi pré-condicionado com polímeros através da utilização de um agitador mecânico de palhetas. A coluna foi graduada com a utilização de uma trena metálica que foi fixada à sua superfície externa. Foi adotado um valor médio do parâmetro G.T (gradiente de velocidade vezes tempo de mistura) igual a 3, de modo a se evitar a quebra dos flocos previamente formados durante o pré-condicionamento do lodo, conforme reportado por FERREIRA FILHO (1997). Para cada um dos cinco polímeros selecionados foram realizados ensaios para as dosagens de 1, 2, 4 e 6 g/kg, que são, segundo a literatura, as dosagens comumente utilizadas no pré-condicionamento de lodos de ETA s. Para cada dosagem de polímero foram realizados ensaios variando-se o teor de sólidos do lodo na coluna. A faixa de variação do teor de sólidos compreendeu os seguintes valores de,2;,4;,6;,8; 1,; 1,2; 1,5, 1,8 e 2%. O lodo coletado era diluído com água na coluna, de acordo com o teor de sólidos desejado. O agitador era então acionado e a solução de polímero previamente preparada era injetada na coluna, permanecendo em mistura por um tempo de 1 minuto. A seguir, o agitador era desligado e a lodo permanecia em repouso por um intervalo de tempo de 1 minutos, quando eram anotada a posição da interface sólido-líquido ao longo do tempo. Para as dosagens de 1, 2, 4 e 6 g/kg foram realizados 36 ensaios para cada polímero. Para os 5 tipos de polímeros selecionados foram realizados um total de 18 ensaios de adensamento por gravidade em batelada. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS Com os dados obtidos de altura de interface ao longo do tempo, foi calculada a velocidade de sedimentação em zona (vsz) para todos os ensaios. De posse desses valores foram obtidos gráficos de vsz em função da concentração de sólidos na coluna para cada polímero e cada dosagem utilizada. Foi então possível a obtenção das equações de vsz através da linearização da equação V=A. e -B.X, (MONTGOMERY,1985), onde A e B são constantes e X é o teor de sólidos de lodo na coluna. Os coeficientes de correlação obtidos foram muito satisfatórios indicando que a formulação utilizada teve boa aderência aos pontos obtidos. 2 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 133

4 Para uma melhor visualização da influência do tipo de polímero utilizado, foram construídas, para cada uma das quatro dosagens testados, as curvas de velocidades de sedimentação em zona em função do teor de sólidos na coluna de adensamento para os cinco tipos de polímeros. As Figuras 1 e 2 apresentam resultados típicos obtidos para as dosagens de polímero iguais a 1 g/kg e 4 g/kg. Figura 1 Velocidade de sedimentação em zona em função do teor de sólidos no lodo adensado para os diversos polímeros testados e dosagem de 1g/kg.,45 VSZ (cm/s),4,35,3,25,2 D14 D14 F52 F52 F33 F33 F18 F18 D91 D91 5,5,5 1 1,5 2 2,5 Figura 2 Velocidade de sedimentação em zona em função do teor de sólidos no lodo adensado para os diversos polímeros testados e dosagem de 4g/kg.,5 Vsz (cm/s),45,4,35,3,25,2 5,5 D14 vsz(observ)(4g/kg) D14 F52 vsz(observ)(4g/kg) F52 F33 vsz(observ)(4g/kg) F33 F18 vsz(observ)(4g/kg) F18 D91 vsz(observ)(4g/kg) D91,5 1 1,5 2 2,5 De acordo com os resultados obtidos, para a dosagem de 1g/kg, os polímeros que tiveram melhores resultados foram os polímeros F33 (aniônico) e D91 (catiônico). Já para a dosagem de 2 g/kg o polímero que teve melhor rendimento foi o D91 (catiônico), com uma perda de rendimento do polímero F33, e os polímeros F52 (não iônico) e F18 (aniônico) não apresentaram bons resultados. 2 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 134

5 Para a dosagem de 4 g/kg o polímero D91 continuou como o de melhor desempenho. Apenas para a dosagem de 6g/kg, o polímero D14 (catiônico) teve um comportamento similar ao do polímero D91. Conforme os resultados, foi possível observar que os polímeros com piores resultados foram o F18 (aniônico) e o F52 (não iônico). A influência da dosagem do polímero foi analisada com a construção das Figuras 3 a 7, onde estão apresentadas, para cada um dos cinco tipos de polímero testados, as curvas de velocidades de sedimentação em zona para as dosagens de 1, 2, 4 e 6 g/kg. Figura 3 Velocidade de sedimentação em zona em função do teor de sólidos no lodo adensado para as diversas dosagens utilizadas polímero D14.,4 Vsz (cm/s),35,3,25,2 5,5,2,4,6,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 Figura 4 Velocidade de sedimentação em zona em função do teor de sólidos no lodo adensado para as diversas dosagens utilizadas polímero D91.,7 Vsz (cm/s),6,5,4,3,2,5 1 1,5 2 2,5 2 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 135

6 Figura 5 Velocidade de sedimentação em zona em função do teor de sólidos no lodo adensado para as diversas dosagens utilizadas polímero F52.,2 Vsz (cm/s) ,8,6,4,2,5 1 1,5 2 2,5 Teor de sólidos (%) Figura 6 Velocidade de sedimentação em zona em função do teor de sólidos no lodo adensado para as diversas dosagens utilizadas polímero F18.,3,25,2 5,5,2,4,6,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 teor de sólidos 2 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 136

7 Figura 7 Velocidade de sedimentação em zona em função do teor de sólidos no lodo adensado para as diversas dosagens utilizadas polímero F33.,45 Vsz(cm/s),4,35,3,25,2 5,5,2,4,6,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 Para o polímero F52 (não iônico), o aumento da dosagem levou a um aumento da vsz, exceto para a dosagem de 4 g/kg, podendo ter ocorrido um erro no preparo da solução de polímero utilizada. Os polímeros F33 e F18 (ambos aniônicos) apresentaram resultados análogos. O aumento na dosagem de polímero não levou a um aumento da vsz, ao contrário, quanto maior a dosagem, menor a vsz obtida. Este comportamento pode ser explicado pelo fato que as partículas presentes no lodo do decantador serem negativas. Neste caso, um aumento na dosagem pode ter levado a uma concentração mais elevada de cargas negativas na superfície das partículas, fortalecendo as forças de repulsão entre elas e piorando as suas características de adensamento. O polímero D91 (catiônico) apresentou um melhor desempenho para a dosagem de 2 g/kg. Dosagens superiores levaram a uma diminuição na vsz. Uma quantidade excessiva de polímero, superior a 2 g/kg, pode ter levado a uma reestabilização das partículas presentes no lodo. Para o polímero D14 (catiônico), a medida que se aumentou a dosagem de polímero, a vsz apresentou a mesma tendência, de forma mais acentuada entre as dosagens de 1 e 2 g/kg, e de forma mais discreta entre as dosagens subsequentes. Para todos os polímeros utilizados, o aumento da dosagem de polímero não se mostrou significativo para lodos com teores de sólidos superiores a 1%. Este fato pode estar relacionado com a dificuldade em se proceder a mistura do lodo com a solução de polímero no interior da coluna, uma vez que a mesma foi injetada na parte superior. 2 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 137

8 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES De acordo com os resultados obtidos pode-se concluir que: A vsz em zona aumenta a medida que teor de sólidos do lodo na coluna diminui. Esse aumento é mais significativo para teores de sólidos inferiores a 1%, e mantêm-se praticamente inalterado para valores compreendidos entre 1 e 2%. Para os polímeros catiônicos e não iônico, a medida que aumenta-se a dosagem de polímero, aumenta-se também a vsz. Para os polímeros aniônicos a medida que aumenta-se a dosagem de polímero, diminui-se a vsz. As diferenças entre os resultados obtidos nos mostra que o tipo de polímero exerce uma grande influência na capacidade de adensamento do lodo, o que ressalta a importância de testes preliminares com diversos tipos de polímeros, visando a seleção daquele que proporcione melhores resultados no lodo em estudo. A dosagem de polímero utilizada influencia bastante nos resultados, e deve ser, portanto, variada até que se obtenha o seu valor ótimo. A seleção do tipo de polímero e da dosagem a ser utilizada poderá ser feita através de ensaios de adensamento em batelada. De acordo com os resultados obtidos para o lodo em questão o polímero que obteve melhores resultados foi o D91 a uma dosagem de 2 g/kg. AGRADECIMENTOS Agradecimentos ao Corpo Técnico da Companhia de Saneamento do Estado de São Paulo - SABESP pelo auxílio na montagem das instalações e na execução dos ensaios. Agradecimentos à BETZDEARBORN, pela cessão dos polímeros utilizados nos ensaios de pré-condicionamento. Agradecimentos à CAPES pela concessão da bolsa de pesquisa que viabilizou a execução deste trabalho. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION; AMERICAN SOCIETY OF CIVIL ENGINEERS; U. S. ENVIROMENTAL PROTECTION AGENCY.Manegement of Water Treatment Plant Residuals. American Society of Civil Engennering. New York, FERREIRA FILHO, S.S. Pré-condicionamento de lodos de estações de trataemnto de água visando o seu adensamento por gravidade. 19º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, pg Foz do Iguaçu, GRANDIN, S. Desidratação de lodos produzidos em estações de tratamento de água. São Paulo, 1992.Dissertação (Mestrado). Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. 4. KAWAMURA, S. Integrated Design of Water Treatment Facilities. 658p. New York. John Wiley & Sons,Inc MONTGOMERY, J. M. Water treatment principles and design. New York. John Willey & Sons, WANG, M.C.;HULL, J.Q.; JAO, M.; CORNWELL. Engeneering behavior of water treatment plant sludge. Journal of Environmental Engineering, v. 118, n. 6, p Novembro/dezembro, o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 138