I REMOÇÃO DE COMPOSTOS ORGÂNICOS CAUSADORES DE GOSTO E ODOR EM ÁGUAS DE ABASTECIMENTO: APLICAÇÃO DE CARVÃO ATIVADO EM PÓ

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1 22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro Joinville - Santa Catarina I REMOÇÃO DE COMPOSTOS ORGÂNICOS CAUSADORES DE GOSTO E ODOR EM ÁGUAS DE ABASTECIMENTO: APLICAÇÃO DE CARVÃO ATIVADO EM PÓ Sidney Seckler Ferreira Filho(1) Engenheiro Civil pela Escola Politécnica da USP. Professor Associado do Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo em Regime de Dedicação Exclusiva à Docência e Pesquisa. Adilson Nunes Fernandes Mestre em Engenharia Hidráulica e Sanitária e Doutorando pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Químico da Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo SABESP. Departamento de Produção Sul Divisão ABV. Endereço(1): Endereço: Escola Politécnica da USP - Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária. Av. Professor Almeida Prado, 271 Prédio de Engenharia Civil. Bairro Butantã. Cidade Universitária. CEP: ssffilho@usp.br RESUMO Dentre os aspectos estéticos a serem considerados quando do fornecimento de água potável para fins de abastecimento público, não apenas os parâmetros de cor e turbidez devem ser considerados quando da concepção e operação de estações de tratamento de água (ETA) mas, também, a possibilidade da água bruta vir a apresentar problemas de odor e sabor; dependendo do manancial utilizado. Do conjunto de técnicas atualmente empregadas no combate a problemas de gosto e odor em águas de abastecimento, as que tem-se mostrado mais promissoras têm sido a aplicação do carvão ativado, seja na forma de carvão ativado em pó (CAP) ou na forma de carvão ativado granular (CAG). Uma vez que o fenômeno de adsorção não é um processo seletivo, a escolha do carvão ativado mais apropriado para uma aplicação específica requer a condução de ensaios experimentais específicos.

2 Este trabalho experimental teve por propósito: (a) Estudar a eficácia de diferentes marcas comerciais de carvão ativado em pó (CAP) na remoção de compostos orgânicos causadores de gosto e odor em águas de abastecimento (MIB e Geosmina). (b) Caracterizar o comportamento cinético do processo de adsorção para os diferentes CAP s selecionados. De acordo com os resultados experimentais obtidos pode-se concluir que: (a) Os ensaios cinéticos de adsorção simulam de modo mais adequado o comportamento da aplicação de CAP no processo de tratamento de água. (b) O composto MIB é mais dificilmente removido da fase líquida do que quando comparado com o Geosmin. (c) Uma vez selecionado o carvão ativado mais adequado visando a remoção de MIB, a adoção de um tempo de contato de 30 minutos entre a fase líquida e o CAP pode ser considerado como adequado. (d) Os CAP s produzidos a partir de matéria prima vegetal apresentaram melhor comportamento no tocante à remoção de MIB e Geosmin quando comparados com os CAP s de origem mineral. PALAVRAS-CHAVE: Adsorção, gosto e odor, carvão ativado em pó, compostos orgânicos. INTRODUÇÃO Dentre os aspectos estéticos a serem considerados quando do fornecimento de água potável para fins de abastecimento público, não apenas os parâmetros de cor e turbidez devem ser considerados quando da concepção e operação de estações de tratamento de água (ETA) mas, também, a possibilidade da água bruta vir a apresentar problemas de odor e sabor; dependendo do manancial utilizado. Em recentes pesquisas efetuadas pela American Water Works Association (AWWA) mostrou-se que o primeiro critério utilizado pela população na aceitação da água distribuída à mesma era a capacidade desta apresentar ou não odor e sabor. Esta mesma pesquisa mostrou que a maioria dos consumidores norte-americanos que compram água mineral o fazem pelo fato da água de abastecimento apresentar odor e sabor. Ao longo dos tempos, os problemas de odor e sabor têm sido tratados muito mais como arte do que como técnica. Isto porque os motivos que ocasionam problemas desta natureza em águas de abastecimento são, na grande maioria dos casos, desconhecidos e de natureza sazonal. Em recentes pesquisas efetuadas pela AWWA mostrou-se que o primeiro critério utilizado pela população na aceitação da água distribuída à mesma era a capacidade desta apresentar ou não odor e sabor. Esta mesma pesquisa mostrou que a maioria dos consumidores norteamericanos que compram água mineral o fazem pelo fato da água de abastecimento apresentar odor e sabor. Ao longo dos tempos, os problemas de odor e sabor têm sido tratados muito mais como arte do que como técnica. Isto porque os motivos que ocasionam problemas desta natureza em

3 águas de abastecimento são, na grande maioria dos casos, desconhecidos e de natureza sazonal. Para que um determinado problema de odor e sabor em águas de abastecimento possa ser solucionado ou, pelo menos, minimizado, é fundamental que o mesmo seja estudado de modo a permitir que as suas causas possam ser identificadas e, consequentemente, haja condições de serem definidas as melhores alternativas técnicas para a sua solução. As pesquisas conduzidas nos últimos anos que tiveram por propósito estudar as alternativas de tratamento que fossem mais efetivas no controle dos problemas de odor e sabor em ETA s, que estivessem associados à presença de sub-compostos metabólicos produzidos por algas e demais microrganismos, foram as tecnologias de arraste por ar difuso e "air stripping", oxidação química, adsorção em carvão ativado granular e em pó (LALEZARY et al., 1988; LALEZARY et al., 1986; LALEZARY et al., 1984). Do conjunto destas, as que tem-se mostrado mais promissoras no combate aos problemas de odor e sabor têm sido a aplicação do carvão ativado, seja na forma de carvão ativado em pó (CAP) ou na forma de carvão ativado granular (CAG). Uma vez que o fenômeno de adsorção não é um processo seletivo, a escolha do carvão ativado mais apropriado para uma aplicação específica requer a condução de ensaios experimentais específicos. OBJETIVO Este trabalho experimental teve por propósito: Estudar a eficácia de diferentes marcas comerciais de carvão ativado em pó (CAP) na remoção de compostos orgânicos causadores de gosto e odor em águas de abastecimento (MIB e Geosmina). Caracterizar o comportamento cinético do processo de adsorção para os diferentes CAP s selecionados. MATERIAIS E MÉTODOS Os ensaios de adsorção foram efetuados com a água bruta proveniente do Reservatório do Guarapiranga, que abastece à Estação de Tratamento de Água do Alto da Boa Vista (ETA- ABV). A ETA-ABV trata, atualmente, uma vazão de 14 m3/s, sendo responsável pelo abastecimento de cerca de 30% da população da Região Metropolitana de São Paulo (RMSP). As principais características da água bruta que abastece à ETA-ABV estão apresentadas na Tabela 1.

4 A água bruta captada no Reservatório do Guarapiranga é aduzida por recalque à ETA- ABV, tendo esta, aproximadamente, um tempo de detenção hidráulico de 60 minutos entre a captação e a unidade de mistura rápida. Tabela 1 - Características da água bruta que abastece à ETA-ABV. Parâmetro Unidade Valores médios (faixa de variação) ph (6,48-6,86) Turbidez UNT 4,0 (3,0-6,0) Cor aparente UC 25,0 Cor real UC < 5 UV-254 nm cm-1 0,058

5 (0,040-0,076) Alcalidade Total Mg/l CaCO3 25,0 Dureza Total Mg/l CaCO3 23,0 Cálcio Mg/l CaCO3 22,0 Cloretos mg/l Cl- 16,0 Sólidos Dissolvidos Totais mg/l 75,0 Sólidos Dissolvidos Fixos mg/l 50,0 Cloro Residual Livre mg/l 1,5 * Água bruta pré-clorada na captação

6 Dado que o tempo de detenção hidráulico na adutora de água bruta é suficientemente alto, de modo a garantir a máxima eficiência na aplicação do CAP, definiu-se que o ponto de aplicação deste seria junto à captação. Assim sendo, os ensaios cinéticos de adsorção foram conduzidos em reatores estáticos, com um tempo de contato igual a 90 minutos. Para cada ensaio específico, foram coletadas amostras de água bruta com 15, 30, 45, 60 e 90 minutos de tempo de contato. Uma vez coletadas, estas foram imediatamente filtradas em membrana 0,45 m m para a separação do CAP da fase líquida, sendo o filtrado posteriormente acondicionado em frascos de cromatografia para análise da concentração de MIB e Geosmina. Uma vez que o processo de adsorção é altamente específico no que tange à remoção de compostos orgânicos, a escolha do carvão ativado mais adequado envolve, necessariamente, a execução de ensaios experimentais que objetivem reproduzir o mais fielmente possível o processo de tratamento. Deste modo, foram selecionados um total de seis marcas comerciais de CAP a fim de que fosse possível avaliar a sua aplicabilidade na remoção de MIB e Geosmina na água bruta. As Tabelas 2 e 3 apresentam as principais características dos CAP s utilizados nesta investigação experimental e um quadro resumo dos ensaios cinéticos executados. Tabela 2 Carvões ativados em pó utilizados na investigação experimental Carvão ativado Procedência Matéria Prima Número de Iodo (mg/g) CAP 1 Importado Mineral (Lignita) 530 CAP 2 Importado Mineral (Betuminoso) 870

7 CAP 3 Nacional Vegetal (Nó de pinho) 841 CAP 4 Nacional Vegetal (Nó de pinho) 742 CAP 5 Importado Mineral (Betuminoso) 850 CAP 6 Nacional Vegetal (Nó de pinho) 860 Tabela 3 Quadro resumo dos ensaios cinéticos de adsorção executados na investigação experimental Ensaio Matriz Dosagem de CAP (mg/l) Adsorvato

8 Concentração inicial de adsorvato na fase líquida (ng/l) CAP s utilizados 1 Água bruta 10 MIB 100 1,2,3,4,5 e 6 2 Água bruta 20 MIB 100 1,2,3,4,5 e 6 3 Água bruta 40 MIB 100 1,2,3,4,5 e 6 4 Água bruta 10

9 Geosmina 100 1,2,3,4,5 e 6 5 Água bruta 20 Geosmina 100 1,2,3,4,5 e 6 6 Água bruta 40 Geosmina 100 1,2,3,4,5 e 6 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS EXPERIMENTAIS As Figuras 1 a 3 apresentam os resultados dos ensaios cinéticos efetuados com diferentes marcas comerciais de CAP e dosagens, tendo o composto MIB como adsorvato. Figura 1 Evolução da concentração de MIB em função do tempo em ensaios cinéticos efetuados com diferentes marcas comerciais de carvão ativado em pó. Dosagem de CAP: 10 mg/l.

10 Figura 2 Evolução da concentração de MIB em função do tempo em ensaios cinéticos efetuados com diferentes marcas comerciais de carvão ativado em pó. Dosagem de CAP: 20 mg/l. Figura 3 Evolução da concentração de MIB em função do tempo em ensaios cinéticos efetuados com diferentes marcas comerciais de carvão ativado em pó. Dosagem de CAP: 40 mg/l. As Figuras 4 a 6 apresentam os resultados dos ensaios cinéticos efetuados com diferentes marcas comerciais de CAP e dosagens, tendo o composto Geosmina como adsorvato. Figura 4 Evolução da concentração de Geosmina em função do tempo em ensaios cinéticos efetuados com diferentes marcas comerciais de carvão ativado em pó. Dosagem de CAP: 10 mg/l. Figura 5 Evolução da concentração de Geosmina em função do tempo em ensaios cinéticos efetuados com diferentes marcas comerciais de carvão ativado em pó. Dosagem de CAP: 20 mg/l. Figura 6 Evolução da concentração de Geosmina em função do tempo em ensaios cinéticos efetuados com diferentes marcas comerciais de carvão ativado em pó. Dosagem de CAP: 40 mg/l. Conforme pode ser observado, ambos os compostos MIB e Geosmina são removidos de forma eficiente da fase líquida com um tempo de contato da ordem de 30 minutos. A maior parte da concentração de MIB e Geosmina é removida até 30 minutos de tempo de contato sendo que, acima deste a sua remoção ocorre apenas de forma marginal. Deve ser observada a grande influência da dosagem de CAP na redução da concentração de MIB e Geosmina da fase líquida. Dosagens de CAP de 10 mg/l removeram um percentual de MIB da água bruta da ordem de 60 %, ao passo que para uma dosagem de 20 mg/l, houve um aumento para 80 %. Isto significa que, em função da concentração de MIB e Geosmina na água bruta, a dosagem de CAP deverá ser otimizada de modo que a água de abastecimento não apresente problemas de gosto e odor. Em função da variabilidade temporal da concentração de ambos compostos causadores de odor e sabor em águas bruta provenientes de mananciais eutrofizados, a dosagem de CAP também deverá ser variada, de modo que o proceso de adsorção seja otimizado, tanto do ponto de vista técnico como econômico.

11 Por sua vez, pode-se notar que o composto MIB apresentou maior dificuldade de remoção da fase líquida do que a Geosmina, fato este relativamente bem documentado na literatura. A maior dificuldade na remoção de MIB e Geosmina foi observada para todos os carvões ativados testados. Os resultados experimentais obtidos comprovam a especificidade de cada CAP na remoção de compostos orgânicos específicos. Uma vez analisando-se as Figuras 1 a 6, pode-se observar que os PAC s 3, 6 e 2 foram os que apresentaram a melhor eficiência na remoção tanto de MIB como Geosmina. Isto significa que a garantia de sucesso na remoção de compostos orgânicos causadores de odor e sabor em águas de abastecimento por processos de adsorção em CAP está não somente na garantia de um tempo de contato adequado entre a fase líquida e o CAP mas, também, na escolha de qual carvão ativado é o mais eficiente. Isto implica que, sempre que possível, ensaios experimentais específicos de adsorção deverão ser executados, quando possível. Deve ser enfatizado que este estudo experimental foi conduzido com uma água bruta que apresenta características especiais. Dado que o comportamento do processo de adsorção é altamente dependente das característica da fase líquida, do tipo de carvão ativado empregado e do adsorvato, os resultados obtidos neste trabalho não devem ser extrapolados para outras matrizes e sim, devem servir tão somente como guia. Deste modo, recomenda-se que ensaios de adsorção específicos sejam conduzidos para cada tipo de água de abastecimento, tendo-se por propósito averiguar a viabilidade de aplicação do CAP como alternativa tecnológica de tratamento em função das características hidráulicas do Sistema Produtor e da Estação de Tratamento de Água, bem como do material adsorvedor mais recomendado em função da qualidade da água e da concentração do adsorvato na fase líquida. CONCLUSÕES De acordo com os resultados experimentais obtidos pode-se concluir que: Os ensaios cinéticos de adsorção simulam de modo mais adequado o comportamento da aplicação de CAP no processo de tratamento de água. O composto MIB é mais dificilmente removido da fase líquida do que quando comparado com o Geosmin. Uma vez selecionado o carvão ativado mais adequado visando a remoção de MIB, a adoção de um tempo de contato de 30 minutos entre a fase líquida e o CAP pode ser considerado como adequado.

12 Os CAP s produzidos a partir de matéria prima vegetal apresentaram melhor comportamento no tocante à remoção de MIB e Geosmin quando comparados com os CAP s de origem mineral. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION RESEARCH FOUNDATION. Identification and treatment of taste and odors in drinking water. Denver., AWWA, December, 1987, 292p. AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION RESEARCH FOUNDATION. Advances in taste and odor treatment and control. Denver., AWWA, 1995, 385p. LALEZARY, S., PIRBAZARY, M., McGUIRE, M.J., KRASNER, S.W. Air stripping of taste and odor compounds from water. Journal American Water Works Association, p , March LALEZARY, S., PIRBAZARY, M., McGUIRE, M.J. Oxidation of five earthy-musty taste and odor compounds. Journal American Water Works Association, p , March LALEZARY, S., PIRBAZARY, M., DALE, M.S., TANAKA, T.S., McGUIRE, M.J. Optimizing the removal of geosmin and 2-metthylisoborneol by activated carbon. Journal American Water Works Association, p , March