21º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

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1 I-057 APLICABILIDADE DA PRÉ-FILTRAÇÃO ASCENDENTE EM PEDREGULHO COM COAGULAÇÃO QUÍMICA, COMO PRÉ-TRATAMENTO PARA A FILTRAÇÃO LENTA DE ÁGUAS COM PRESENÇA DE ALGAS Rogério Pinheiro Magalhães Carvalho (1) Engenheiro Civil pela Universidade Estadual do Maranhão, Mestre em Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos pelo Departamento de Engenharia Civil e Ambiental da Universidade de Brasília, Técnico da FUNASA Fundação Nacional de Saúde. Maria do Carmo M. Cezar: Engenheira Civil pela Universidade de Brasília, Mestre em Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos pelo Departamento de Engenharia Civil e Ambiental da Universidade de Brasília, Técnica da CAESB Companhia de Saneamento do Distrito Federal. Cristina Celia S. Brandão: Professora Adjunta do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental da Universidade de Brasília. Endereço (1) : SQN 106, Bloco I, Apto. 606, Asa Norte, Brasília - DF - MG - CEP: Brasil - Tel: (61) / rogerio.carvalho@funasa.gov.br. RESUMO O presente trabalho constitui-se em um estudo de avaliação da potencialidade de utilização de coagulante químico na tecnologia de tratamento conhecida como Filtração em Múltiplas Etapas FiME, no tratamento de águas com presença de algas. Para o desenvolvimento do trabalho, fez-se uso de uma instalação piloto composta por um dispositivo de mistura rápida, duas unidades de pré-filtração ascendente em camadas e três filtros lentos, distribuindo-se essas unidades dentro de três sistemas distintos. O sistema 1 representou um processo de FiME convencional (préfiltro de pedregulho seguido de filtro lento). No sistema 2, o processo de FiME recebeu adição de coagulante antes do pré-filtro de pedregulho. O sistema 3 era composto unicamente de um filtro lento que recebia água bruta, servindo de comparação para os demais filtros lentos. Os pré-filtros ascendentes em pedregulho foram operados com diferentes taxas de filtração (12, 24, 48, 60 e 96 m 3 /m 2.dia) e os filtros lentos com taxa de filtração constante de 3 m 3 /m 2.dia. O aumento da taxa de filtração provocou a diminuição da eficiência do pré-filtro que operava sem coagulante. Por outro lado, o pré-filtro em pedregulho que recebeu coagulante apresentou tendência de melhora na sua eficiência mesmo quando se elevou a taxa de filtração para o valor de 96 m 3 /m 2.dia. Porém, nesse caso, a duração a carreira de filtração não foi expressiva. A performance dos filtros lentos dentro das seqüências de FiME, com ou sem adição de coagulante, parece não ter sido afetada pelas variações na taxa de filtração das unidades de pré-filtração, produzindo água com turbidez abaixo de 1 ut, teor de clorofila-a menor que 1 µg/l e número de coliformes totais máximo de 40 NMP/100 ml. Dentre as situações avaliadas, a seqüência de tratamento que envolveu a pré-filtração em pedregulho com adição prévia de coagulante mostrou-se eficiente, surgindo como uma opção de flexibilidade para unidades de FiME que já estão operando e que em determinados períodos tem sua capacidade de produção ou eficiência comprometida por aumentos sazonais de sólidos suspensos na água afluente. Entretanto, para adoção dessa opção tecnológica, faz necessário investigações no sentido de adequar o sistema de limpeza dos pré-filtros de pedregulho. PALAVRAS-CHAVE: Pré-filtração em pedregulho, Filtração lenta, Remoção de algas, Filtração. INTRODUÇÃO O processo de tratamento da água constituído por filtração lenta é geralmente recomendado para águas de mananciais não ultrapassando 10 ut de turbidez e 5 µg/l de clorofila-a, parâmetro que mede a presença de algas (Cleasby, 1991). Um aumento excessivo dessas impurezas pode provocar curtas carreiras de filtração e comprometer a operação dessa tecnologia. ABES Trabalhos Técnicos 1

2 Na tentativa de ampliar o espectro de aplicação da filtração lenta, de modo a tratar águas com teores de turbidez mais elevadas, tem-se utilizado a processo de Filtração em Múltiplas Etapas FiME, como é o caso de investigações realizadas na Colômbia, em estações em escala real, onde experiências mostram o potencial na remoção de turbidez da pré-filtração ascendente em pedregulho, como pré-tratamento para a filtração lenta (Galvis et al., 1997; Di Bernardo et al., 1999). Estudos realizados por Brandão et al. (1998), no Lago Paranóa, Brasília, Brasil, onde há uma elevada concentração de algas, têm mostrado que além de remover turbidez, os pré-filtros de pedregulho apresentam grande capacidade de remoção de algas, ampliando a utilização da filtração lenta para águas de qualidade inferior (turbidez acima de 10 ut e clorofila-a acima de 5 µg/l). Contudo, o crescente estado de degradação dos mananciais, elevando bastante os teores de turbidez, algas, microorganismos patogênicos, etc., abre caminho para uma nova adequação no processo de Filtração em Múltiplas Etapas, que é a utilização de coagulante químico como parte integrante desse sistema. Essa alternativa já foi testada com sucesso na Bolívia por Wegelin et al. (1996), quando fez uso de um coagulante (sulfato de alumínio) em combinação com o pré-filtro ascendente no tratamento de água de um manancial cuja turbidez da fonte de abastecimento indicava valores entre 150 e 1300 ut. Outro relato do uso de coagulante em combinação com o pré-filtro ascendente é descrito por Ingallinella (1991), quando avaliou o desempenho dessa unidade e da filtração lenta na remoção de turbidez em uma instalação montada numa pequena vila de pescadores na Argentina. Porém, o uso de coagulante em sistemas que envolvem a filtração lenta ainda requer mais estudos, particularmente no que tange a sua aplicação a águas de reservatórios sujeitos ao florescimento de algas e aos impactos sobre os organismos componentes da superfície de coesão desses filtros. Assim, o presente trabalho procurou avaliar esses aspectos. É importante destacar que não se está sugerindo que o processo de FiME seja operado permanentemente com coagulante químico. Esse recurso surge como uma opção para flexibilização da FiME, nos períodos em que essa tecnologia tem sua capacidade de produção de água ou eficiência comprometida por aumentos sazonais de sólidos suspensos (turbidez ou algas) na água afluente. MATERIAIS E MÉTODOS O trabalho experimental foi desenvolvido em uma instalação piloto localizada às margens do Lago Paranoá, em Brasília DF. Essa estação consiste em uma instalação de bombeamento de água bruta, uma unidade de mistura rápida, dois pré-filtros de pedregulho de 5 camadas com escoamento ascendente (PFAs), operando em paralelo, e três filtros lentos (FLs), sendo que duas unidades de filtração lenta estavam precedidas pelos PFAs; enquanto que o terceiro filtro recebia água bruta diretamente. Os detalhes da instalação podem ser vistos nas Figuras 1, 2 e 3. 2 ABES Trabalhos Técnicos

3 (cota 99,45) Caixa de distribuição Extravasor (cota 98,55) Registro DMR Ácido/Alcalinizante Coagulante PFA-2 PFA-1 Quadro Piezométrico (cota 98,35) Caixa de distribuição Quadro Piezométrico Caixa de distribuição FL-2 FL-3 FL-1 Legenda: Pontos de amostragens Descarte Figura 1 Esquema da ETA-piloto Água Bruta (Lago Paranoá) Afluente Para o filtro lento Camada suporte Figura 2 Pré-filtros ascendentes Figura 3 Filtros lentos A água que chegava à estação seguia por três sistemas distintos. No sistema 1, o processo FiME clássico, a água passava pelo pré-filtro ascendente 1 (PFA1) e era conduzida, em seguida, por gravidade ao filtro lento 1 (FL1). No sistema 2 a água recebia o coagulante químico, passando pelo pré-filtro ascendente 2 (PFA2), e finalizando o tratamento no filtro lento 2 (FL2). No sistema 3, filtração lenta convencional, a água bruta era conduzida diretamente ao filtro lento 3 (FL3). No pré-filtro ascendente 2 (PFA2), precedido de coagulação química, foram efetuados ensaios com cinco taxas de filtração, 12, 24, 48, 60 e 96 m 3 /m 2.dia. No pré-filtro ascendente 1 (PFA1), sem coagulação química, foram testadas as taxas de filtração de 12, 24, 48 e 60 m 3 /m 2.dia. A taxa de filtração aplicada nos filtros lentos permaneceu fixa em 3 m 3 /m 2.dia. É importante destacar que tanto os pré-filtros como os filtros lentos eram operados de forma contínua e eram dotados de cobertura. ABES Trabalhos Técnicos 3

4 A espessura dos meios filtrantes, dos filtros lentos, era de 70 cm. Ao longo dessa espessura e da camada suporte, foram instaladas tomadas de pressão para o monitoramento da perda de carga. As características da composição granulométrica dos filtros lentos são apresentados na Tabela 1, que, de uma maneira geral, encontra-se de acordo como sugerido por Di Bernardo (1993). Tabela 1 Composição granulométrica dos filtros lentos (FL1, FL2 e FL3) Meio filtrante Espessura da camada (m) 0,7 Tamanho dos grãos (mm) 0,08 1,0 Tamanho efetivo (mm) 0,34 Coeficiente de desuniformidade 2,0 Camada suporte Espessura (m) Granulometria (mm) 0,075 1,4 a 3,2 0,075 3,2 a 6,4 0,075 7,9 a 12,7 0,075 15,9 a 25,4 0,150 31,4 a 50 Em cada experimento eram analisadas os seguintes parâmetros de qualidade da água: turbidez, teor de clorofilaa, ph, temperatura, colimetria e residual de alumínio, sendo acompanhado também a perda de carga e a duração da carreira de filtração. Antecedendo os experimentos, foram realizados testes de jarros para identificar o ph e a faixa de dosagem de coagulante (sulfato de alumínio). RESULTADO E DISCUSSÃO Os resultados obtidos durante a fase experimental do trabalho foram divididos, para efeito de discussão, em pré-filtração ascendente e filtração lenta. Nesse período, a turbidez da água bruta variou 2 a 42 ut, o teor de clorofila-a variou de 3,8 a 40,8 µg/l e o número de coliformes totais variou de 5 a 2500 NMP/100 ml. O ph da água bruta variou entre 6,4 e 7,5, e com adição de coagulante na faixa de 4 a 9 mg/l de sulfato de alumínio o ph da água coagulada variou na faixa de 6,3 a 6,8. PRÉ-FILTRAÇÃO ASCENDENTE Durante a aplicação de cada taxa de filtração, o pré-filtro ascendente 1 (PFA1), alimentado com água bruta sem adição de coagulante, funcionou continuamente, sem necessidade de limpeza, caracterizando uma única carreira de filtração. Já o pré-filtro ascendente 2 (PFA2), que era alimentado com água coagulada, ocorreram várias carreiras de filtração com durações variáveis. A Tabela 2 mostra o resumo dos resultados da operação dos PFAs, onde se verifica alta eficiência na remoção de turbidez e clorofila-a. 4 ABES Trabalhos Técnicos

5 Tabela 2 Eficiência média de remoção de turbidez e clorofila-a nos PFAs e duração das carreiras de filtração. Duração média Taxa de filtração Remoção de turbidez Remoção de algas da carreira de Unidade (m 3 /m 2.dia) (%) (%) filtração (h) PFA1 (Sem coagulante) PFA2 (Com coagulante) 12 81,8 85,7 * 24 71,0 85,0 * 48 79,3 76,9 * 60 63,6 71,6 * 12 76,5 80, ,3 94, ,7 94, ,6 96, ,3 100,0 4 * Não atingiu a perda de carga limite de 60 cm para carreiras de filtração superiores a 34 dias. O aumento da taxa de filtração provocou a diminuição da eficiência de remoção de turbidez e algas do préfiltro que operava sem adição de coagulante (PFA1), sendo mais evidente o efeito dessa diminuição de eficiência quando a taxa de filtração foi alterada de 24 m 3 /m 2.dia para 60 m 3 /m 2.dia. Comportamento semelhante foi observado por Mello (1998) ao elevar a taxa de filtração de 12 para 18 m 3 /m 2.dia. Porém, no trabalho de Di Bernardo e Rocha (1990) o aumento da taxa de filtração de 12 para 24 e 36 m 3 /m 2.dia não acarretou prejuízo ao desempenho dos pré-filtros na remoção de algas. Essa diferença de comportamento dos pré-filtros pode estar associada aos tipos de algas presentes nas águas estudadas. No trabalho de Melo (1998) predominou uma única espécie, a Cylindrospermopsi raciborskii, que chegou a constituir 99% da biomassa algal, e no de Di Bernardo e Rocha (1990) a melhor remoção foi atingida para a espécie Melosira, uma diatomácea filamentosa. Quanto a este trabalho, identificou-se no ponto captação de água bruta vários gêneros de algas, predominando os gêneros Cyclotella sp e Bacylaryophyceae, com densidade relativa de 25,4% e 23,4%, respectivamente. É importante destacar que nos experimentos realizados neste trabalho e por Mello (1998), a turbidez da água bruta apresentava-se baixa, com variações na concentração de algas na água bruta estudada por este trabalho e com elevada concentração para o trabalho de Mello (1998). Para Di Bernardo e Rocha (1990) a turbidez da água bruta variou de 15 a 100 ut com picos na concentração de algas. Para o pré-filtro que operava com adição de coagulante (PFA2), foi observado uma tendência de melhora na eficiência de remoção de impurezas, particularmente de algas, mesmo quando elevou-se a taxa de filtração para 96 m 3 /m 2.dia. Com exceção da taxa da filtração de 12 m 3 /m 2.dia, em todas as taxas aplicadas nos pré-filtros ascendentes, a eficiência de remoção do PFA2 (com coagulante) foi superior a do PFA1 (sem coagulante), porém às custas de um crescimento acelerado da perda de carga, principalmente para as taxas de filtração mais elevadas (60 e 96 m 3 /m 2.dia), que caracterizaram-se pelas curtas carreiras de filtração e pelo contínuo aumento da perda de carga inicial (perda de carga imediatamente após a limpeza do meio granular). Essa elevação da perda de carga inicial foi devida a pouca efetividade das descargas de fundo realizadas entre as carreiras de filtração, que é o processo de limpeza tradicionalmente utilizado para unidades de pedregulho. ABES Trabalhos Técnicos 5

6 Quanto à unidade que não recebeu coagulante (PFA1), praticamente não houve aumento da perda de carga para todas taxas de filtração testadas, indicando a possibilidade dessa unidade operar durante período de tempo superior a 34 dias, tempo médio de duração dos experimentos. A Figura 4 mostra a evolução da perda de carga dos pré-filtros ascendentes 1 e 2 quando operados com a taxa de filtração de 12 m 3 /m 2.dia. Essa situação foi a tipicamente observada para todas as taxas de filtração testadas, onde houve pouca variação da perda de carga do pré-filtro ascendente 1 e crescimento do pré-filtro ascendente 2. Legenda: [3] Intervalo de aplicação da dosagem de 3mg/L de sulfato de alumínio antes do PFA PFA-1 PFA-2 Perda de carga (cm) Tempo de operação (d) Figura 4 Evolução da perda de carga dos pré-filtros ascendentes 1 e 2 operando com taxa de filtração de 12 m 3 /m 2.dia Na Figura 4 é possível observar que até o 22 dia de operação os pré-filtros ascendentes tiveram o mesmo desempenho, sendo que a partir da colocação de coagulante antes do pré-filtro ascendente 2, a perda de carga dessa unidade foi sempre crescente, sendo acelerada quando se aumentava a dosagem de produto químico. O sentido decrescente da perda de carga do PFA2, verificado entre o 32 ao 37 dia de operação (ver Figura 4), pode ter sido provocado por desequilíbrio ocorrido durante a aplicação de coagulante, ocasionado, provavelmente, pela demora na renovação da solução de coagulante. A Tabela 3 apresenta os dados de perda de carga das carreiras de filtração do PFA2 que foram monitoradas para taxa de filtração de 60 m 3 /m 2.dia e dosagens de sulfato de alumínio determinadas em teste de jarros. Tabela 3 Perda de carga inicial, elevação da perda de carga e taxa de crescimento da perda de carga do PFA2 quando operado com taxa de filtração de 60 m 3 /m 2.dia. N.º da carreira Dosagem de sulfato de Elevação da perda de Perda de carga inicial Taxa de crescimento alumínio anidro carga (cm) (cm/h) (mg/l) (cm) 1 9 4,4 52,9 3, ,6 32,3 9, ,6 30,0 6, ,0 43,7 10, ,0 63,0 15, ,5 62,3 13, ,3 40,9 8, ,7 34,5 8, ,2 35,5 6, ,9 34,5 6, ,3 60,7 11, ,7 53,8 12, ,3 66,0 22,0 [3] 6 ABES Trabalhos Técnicos

7 Analisando a Tabela 3, percebe-se o contínuo aumento da perda de carga inicial do PFA2. Para essa situação, mesmo aumentando o número de descargas de fundo, a condição inicial de perda de carga do meio granular limpo não foi atingida. Essa situação pode ser explicada pela ineficiência do processo de limpeza diante de uma maior quantidade de impurezas carreadas para essa unidade. As reduções na taxa de crescimento da perda de carga observadas nas carreiras 7, 8, 9 e 10 (ver Tabela 3) foram conseguidas aumentando-se o número de descargas de fundo. Deve-se ressaltar que quando o PFA2 não estava recebendo coagulante, essa unidade era operada de forma similar ao PFA1 para não interromper a alimentação do filtro lento 2 (FL2). Nessas condições havia uma degradação da qualidade da água do PFA2, provavelmente devido ao carreamento de impurezas previamente retidas. Considerando que a condição de operação inicial de um filtro é de meio filtrante limpo, a carreira de filtração número 1 seria representativa dessa premissa. Assim, para uma perda de carga limite de 60 cm, usual para um pré-filtro de pedregulho convencional, a carreira de filtração poderia atingir 18 horas de duração, valor esse que pode ser considerado baixo para a taxa de filtração de 60 m 3 /m 2.dia adotada. Entretanto, se adotada uma perda de carga limite de 1 m a duração da carreira poderia atingir 30 horas. Quanto a ocupação das camadas de pedregulho da unidade que recebeu coagulante, em todas as taxas de filtração aplicadas, o maior crescimento da perda de carga foi observada na 4ª camada, indicando que essa camada foi a mais efetiva na retenção de impurezas, contrariando todas as expectativas em torno da 5ª camada, onde a granulometria era menor. A Figura 5 mostra taxa de crescimento da perda de carga ao longo das camadas de pedregulho do PFA2 operando com as taxas de filtração de 48, 60 e 96 m 3 /m 2.dia Taxa de crescimento da perda de carga (cm/h) Taxa de filtração (m 3 /m 2.dia) Camada 1 Camada 2 Camada 3 Camada 4 Camada 5 31,4 a 50 mm 19,0 a 25,4 mm 9,6 a 15,9 mm 3,2 a 6,4 mm 1,4 a 3,2 mm Figura 5 Taxa de crescimento da perda de carga ao longo das camadas de pedregulho do pré-filtro ascendente 2 para taxas de filtração de 48, 60 e 96 m 3 /m 2.dia. É importante destacar que após o procedimento de limpeza do PFA2, com descargas de fundo, observou-se que a camada 4 não era efetivamente limpa. No que tange a remoção de coliformes totais, ao passar pelos pré-filtros ascendentes, foram registrados na água efluente dessas unidades valores máximos de coliformes totais de 411 NMP/100 ml no PFA1 e de 461 NMP/100 ml no PFA2 para valores de coliformes totais na água bruta variando de 5 a 2500 NMP/100 ml. Nessa condição, foi observado que mesmo aumentando-se a taxa de filtração do PFA2 para 96 m 3 /m 2.dia, a eficiência dessa unidade foi melhor do que a do PFA1 operando com metade da taxa de filtração da unidade que ABES Trabalhos Técnicos 7

8 recebeu coagulante (48 m 3 /m 2.dia). Porém, quando confrontado com os resultados obtidos para a taxa máxima de filtração testada (96 m 3 /m 2.dia) com os valores obtidos para as demais taxas aplicadas, o aumento da taxa parece tender a diminuir a eficiência da unidade em relação a remoção de coliformes. FILTRAÇÃO LENTA A variação de taxa de filtração nos pré-filtros ascendentes não acarretou alteração no comportamento dos filtros lentos, sendo importante destacar que neste trabalho foram colocadas coberturas sobre os filtros lentos, inibindo a proliferação de algas nessas unidades, o que pode ter influenciado no pequeno desenvolvimento da perda de carga e, portanto, na duração de suas carreiras de filtração; ao contrário do que foi observado por Mello (1998) no início do seu trabalho experimental, onde os filtros lentos sem cobertura resultaram em carreiras mais curtas em decorrência da proliferação de algas. Os filtros lentos iniciavam o funcionamento cerca de três dias após os pré-filtros já estarem operando, não sendo realizado a aceleração do amadurecimento dos meios filtrantes, como recomenda Di Bernardo et al. (1999). A turbidez efluente registrada na saída dos filtros lentos 1 e 2 foi menor que 0,5 ut, valor menor do que o limite recomendado pela Portaria N.º 1469/00 do Ministério da Saúde (2000), que é de 1 ut. Para o Filtro Lento 3, unidade que recebeu diretamente água bruta, os valores abaixo de 1 ut foram registrados a partir do 3 dia de funcionamento, onde então os valores oscilaram entre 0,1 a 0,9 ut. A Figura 6 mostra a situação típica encontrada para a turbidez efluente para essas unidades em todas as taxas de filtração testadas para os préfiltros. 3,0 PFA1 FL1 PFA2 FL2 FL3 2,5 Turbidez (ut) 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Tempo de operação (d) Valores de turbidez efluentes do PFA 2 sem utilização prévia de coagulante Figura 6 Valores de turbidez afluente e efluente dos filtros lentos 1 e 2, e efluente do filtro lento 3, que recebeu água bruta variando de 2,3 a 13 ut, e pré-filtros ascendentes operando com taxa de filtração de 60 m 3 /m 2.dia e filtros lentos com 3 m 3 /m 2.dia 8 ABES Trabalhos Técnicos

9 Analisando a Figura 6, observa-se que mesmo quando a qualidade da água efluente do PFA2 apresentava-se com características similares ao do PFA1 por não estar recebendo coagulante, o filtro lento 2 (FL2) não sofreu alteração aparente em sua performance, permanecendo de maneira análoga ao filtro lento 1 (FL1) quanto a remoção de impurezas. 5 PFA1 FL1 PFA2 FL2 FL3 4 Clorofila-a ( mg/l) Tempo de operação (d) Figura 7 Teores de clorofila-a afluente e efluente dos filtros lentos 1 e 2, e efluente do filtro lento 3, que recebeu água bruta com concentração de clorofila-a variando de 2,2 mg/l a 16,9 mg/l, com os pré-filtros ascendentes operando com a taxa de filtração de 60 m 3 /m 2.dia e filtros lentos com 3 m 3 /m 2.dia. A Figura 7 mostra os teores de clorofila-a na entrada e saída dos filtros lentos 1 e 2 e no efluente do filtro lento 3. Os resultados apresentados na Figura 7 retratam o que ocorreu para as taxas de filtração aplicadas, com a combinação pré-filtro ascendente 2 e filtro lento 2 (PFA2 FL2) sempre com melhor eficiência na remoção de algas do que a combinação pré-filtro ascendente 1 e filtro lento 1 (PFA1 FL1). Cabe destacar que para a seqüência de teste mostrada na Figura 7, o filtro lento 3 (FL3) entrou em operação somente no 26º dia de aplicação da taxa de filtração de 60 m 3 /m 2.dia nos pré-filtros, sendo que com o amadurecimento do meio filtrante dessa unidade, a capacidade de retenção de impurezas foi se aproximando à dos demais filtros lentos. No decorrer dos experimentos, os efluentes produzidos pelos filtros lentos apresentaram-se com teores médios de clorofila-a de 0,4 µg/l no FL1, 0,2 µg/l no FL2 e 0,7 µg/l no FL3. A Tabela 4 mostra as eficiências médias e máximas obtidas pelos filtros lentos durante toda seqüência de experimentos, onde é possível observar que a baixa eficiência do filtro lento 2 é reflexo direto do grande percentual removido, tanto de turbidez como de algas no PFA2 Tabela 4 Valores médios e máximos das eficiências de remoção de turbidez e clorofila-a nos filtros lentos durante o desenvolvimento do trabalho experimental. Eficiência de remoção de turbidez (%) Eficiência de remoção de clorofila-a (%) FL1 FL2 FL3 FL1 FL2 FL3 Média 60,8 26,7 88,9 87,2 71,8 92,5 Máxima 82,2 61,1 97,6 99,9 99,9 99,9 ABES Trabalhos Técnicos 9

10 Quanto à perda de carga dos filtros lentos, observou-se que não houve praticamente evolução significativa e, portanto, essas unidades ainda poderiam manter-se funcionando por muito mais tempo do que mostra a Figura 8, onde foi a única ocasião em que os filtros lentos tiveram maior crescimento de perda de carga. Nessa ocasião os pré-filtros operavam com a taxa de filtração de 48 m 3 /m 2.dia. 7,0 FL1 FL2 FL3 6,0 Perda de carga (cm) 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0, Tempo de operação (d) Figura 8 Perda de carga dos filtros lentos operando com a taxa de filtração de 3 m 3 /m 2.dia. A queda acentuada da perda de carga do filtro lento 3 (ver Figura 8), que recebeu sempre água bruta, não pode ser atribuída ao controle de vazão, uma vez que esse ajuste era verificado duas vezes ao dia. A única coincidência verificada é que no 29 dia foi retirado o 2 coletor de amostra de areia dessa unidade; no entanto, esse procedimento de coleta parece não ter afetado os filtros lentos 1 e 2, que continuaram a apresentar elevações de suas perdas de carga, o que sugere que o bom desempenho dos pré-filtros ascendentes na retenção de impurezas pode ter favorecido para o equilíbrio dos filtros lentos 1 e ABES Trabalhos Técnicos

11 AB PFA 1 FL1 PFA2 FL2 FL3 Coliformes totais (NMP/100 ml [5] [7] [11] Tempo de operação (d) Legenda: [5], [7], [11] Dosagem de 5, 7 e 11 mg/l de sulfato de alumínio antes do PFA2. Figura 9 Teores de coliformes totais afluente e efluente de cada unidade filtrante da ETA piloto, com os pré-filtros operando com a taxa de filtração de 48 m 3 /m 2.dia e filtros lentos com 3 m 3 /m 2.dia. No que tange a remoção de coliformes totais nos filtros lentos, observou-se que essas unidades produziram efluentes com teores sempre abaixo de 40 NMP/100 ml, sendo mais freqüente valores de 6 NMP/100 ml no FL1 e 10 NMP/100 ml nos filtros lentos 2 e 3, sendo que este último filtro não recebeu qualquer espécie de pré-tratamento. A Figura 9 mostra as concentrações de coliformes totais registrados no afluente e efluente dos pré-filtros ascendentes e filtros lentos. Da Figura 9 observa-se que o PFA2 foi melhor do que o PFA1 também na remoção de coliformes. Em relação aos filtros lentos, mais especificamente ao FL2, a utilização de coagulante antes do PFA2 parece não ter afetado o ecossistema desse filtro, onde pode ser observado na Figura 9 que na maior parte do tempo não é detectada a presença de coliformes no efluente do filtro lento 2, sendo essa situação representativa para todo o trabalho. Outra situação de avaliação dos filtros lentos foi a colocação de dispositivos para coleta do meio filtrante dessas unidades. Esses dispositivos retiravam aproximadamente 10 cm da camada de topo de areia de cada filtro, sendo que logo em seguida o material coletado era submetido a três situações distintas: análise qualitativa da parte superior da areia por meio de microscópio; realização de ensaio de DBO e realização de análise de carbono orgânico, medido em termos percentuais, seguindo o método apresentado por Page et al. (1982). O intuído dessa investigação no meio filtrante dos filtros lentos foi detectar possíveis diferenças qualitativas, como por exemplo a existência de microorganismos vivos, por ocasião da aplicação de sulfato de alumínio no sistema constituído pelo pré-filtro ascendente 2 e filtro lento 2 (PFA2 FL2). O resultado da verificação microscópica revelou não haver diferença qualitativa quanto à presença de algas e outros organismos no meio filtrante dos filtros lentos, apenas uma quantidade maior de microorganismos no FL3, como era de se esperar, uma vez que essa unidade recebeu diretamente água bruta. O FL1 apresentou uma quantidade maior de microorganismos apenas na primeira amostra coletada em relação ao FL2 e FL3; onde a partir de então esta última unidade foi sempre superior quanto a presença de organismos, seguida pelo FL2, o que indica que o residual de alumínio oriundo da aplicação das dosagens de coagulante químico antes do PFA2, aparentemente, não afetou o ecossistema do filtro lento 2. ABES Trabalhos Técnicos 11

12 A situação anterior foi confirmada pelos resultados das analises de DBO e carbono orgânico, mostrados nas Figuras 10 e 11, onde verifica-se que os resultados das análises de DBO e carbono orgânico do meio filtrante dos filtros lentos tiveram comportamentos análogos, com destaque para o FL2, que mesmo recebendo um afluente de melhor qualidade, apresentou valores de matéria orgânica superiores ao FL1 a partir da 3ª coleta de amostra. É importante destacar que a matéria orgânica presente no meio filtrante dos filtros lentos significa a presença de biomassa microbiológica que ajuda a promover a purificação da água nessas unidades. FL1 FL2 FL3 0,9 0,8 mg DBO/L por grama de areia 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Tempo de operação (d) Figura 10 Concentração de DBO no meio filtrante dos filtros lentos durante FL1 FL2 FL3 0,14 % de carbono orgânico/grama de areia 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0, Tempo de operação (d) Figura 11 Percentual de carbono orgânico no meio filtrante dos filtros lentos 12 ABES Trabalhos Técnicos

13 A presença de alumínio foi medida na água bruta e no sistema PFA2 FL2. Na água bruta a concentração desse parâmetro variou de 0,02 a 0,06 mgal 3+ /L. No efluente do pré-filtro ascendente 2 a concentração de alumínio residual ficou no intervalo de 0,03 a 0,08 mgal 3+ /L, praticamente a mesma faixa detectada na água bruta. Diante da variação da concentração de residual de alumínio medida na saída do pré-filtro ascendente 2 e dos resultados alcançados nas análises, sugere-se que o produto químico para desestabilizar as partículas de impurezas não afetaram o ecossistema do meio filtrante do filtro lento 2. CONCLUSÕES O presente trabalho constitui-se em um estudo de avaliação da potencialidade de utilização de coagulante químico na tecnologia de tratamento conhecida como Filtração em Múltiplas Etapas FiME no tratamento de águas com presença de algas. Por tratar-se de um estudo pioneiro, ao aplicar a pré-filtração em pedregulho com adição prévia de coagulante à remoção de algas, as observações e conclusões apresentadas têm um caráter preliminar, necessitando, portanto, que novos estudos aprofundem questões específicas. Dos resultados obtidos observou-se que a pré-filtração em pedregulho com adição de coagulantes apresentou eficiências de remoção de turbidez e algas sempre superiores às do pré-filtro sem adição de coagulante. Observou-se ainda que a diferença na eficiência de remoção era tanto maior quanto maior a taxa de filtração adotada. É importante destacar que embora a eficiência de remoção de impurezas do PFA1 (sem coagulante) tenha sido inferior a do PFA2 (com coagulante), os valores de eficiência do pré-filtro 1 em relação à remoção de turbidez, e particularmente à remoção de algas, foram sempre elevados, indicando que essa unidade pode operar com taxas superiores às usualmente recomendadas para esse tipo de unidade. A adoção de coagulante associada ao uso de taxas de filtração mais elevadas, contribuíram para o rápido crescimento da perda de carga no pré-filtro de pedregulho, resultando em carreiras de filtração de curta duração para esse tipo de unidade e a necessidade de freqüentes limpezas. O procedimento de limpeza através de descargas de fundo, procedimento comumente utilizado para unidades de pré-filtração em pedregulho, não se mostrou efetivo na remoção das impurezas retidas no meio granular quando o pré-filtro era operado com coagulante. As forças de cisalhamento resultantes desse procedimento, provavelmente não foram suficientes para superar as forças de aderência que mantinham os flocos retidos ao meio de pedregulho, resultando em uma contínua acumulação de material nos interstício do meio poroso e as sucessivas elevações da perda de carga inicial. A performance dos filtros lentos dentro das seqüências de FiME estudada, com ou sem adição de coagulante, parece não ter sido afetada pelas variações na taxa de filtração da unidades de pré-filtração. Isso porque, em qualquer das condições testadas os pré-filtros produziram água com baixa turbidez, geralmente inferior a 2 ut, e baixa concentração de algas, na maioria das vezes inferior a 3 µg/l. Similarmente, a aplicação de coagulante antes do PFA2, parece não ter acarretado alterações no desempenho do filtro lento 2, que produziu água de boa qualidade, com turbidez efluente variando entre 0,1 a 0,5 ut, teor de clorofila-a inferior a 1 µg/l e número de coliformes totais variando entre zero a 40 NMP/100 ml. Valores análogos ao do filtro lento 2, foram obtidos no efluente do FL1, podendo-se dizer que, de uma maneira geral, não houve diferença significativa em termos de qualidade da água efluente entre essas unidades; embora pertencentes a sistemas com característica diferenciada. A boa qualidade do efluente dos pré-filtros ascendentes contribuiu para uma pequena evolução da perda de carga dos filtros lentos 1 e 2. Além disso, a cobertura colocada sobre essas unidades, ao inibir a proliferação de algas no meio filtrante, pode ter influenciado para que a perda de carga permanecesse com valores pouco expressivos, podendo, assim, operarem por muito mais tempo, sem comprometimento da qualidade da água produzida. Para o filtro lento 3, pode-se dizer que as concentrações de clorofila-a bastante acima de 5 µg/l, valor limite recomendado por Cleasby (1991) para águas afluentes a filtros lentos, não afetaram significativamente o desenvolvimento da perda de carga dessa unidade, indicando a necessidade de se repensar sobre esse valor ABES Trabalhos Técnicos 13

14 limite, particularmente quando as águas caracterizam-se por baixa turbidez. Importante lembrar que todas as unidades de filtração lenta eram cobertas. Os resultados obtidos da avaliação preliminar do meio filtrante dos filtros lentos sugerem que, garantida a boa eficiência do pré-filtro, a adoção de uma etapa de coagulação na seqüência de tratamento não resultam em impacto negativo sobre a capacidade de remoção de microorganismos que caracteriza o filtro lento. Assim, acredita-se que a adoção de uma etapa de coagulação precedendo a FIME pode dotar essa tecnologia de flexibilidade operacional compatível com as variações sazonais de qualidade da água bruta. Cabe destacar que não se estar sugerindo que a Estação de Tratamento de Água a ser implantada seja projetada com o processo de FiME operando permanentemente com coagulante químico. Esse recurso surge como uma alternativa para unidades FiME que já estão já estão operando e que em determinados períodos tem sua capacidade de produção de água comprometida por aumentos bruscos de sólidos suspensos na água afluente, evitando-se, assim, que instalações de FiME venham a ser transformadas em estações convencionais de tratamento de água, o que não representa vantagem para países onde há sérios problemas de recursos financeiros. Entretanto, para viabilizar essa alternativa, particularmente utilizando-se taxas de filtração mais elevadas, faz-se necessário o desenvolvimento de um sistema de limpeza do meio granular mais eficiente para o pré-filtro operando com coagulante. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Brandão, C. C. S., Wiecheteck, G. K., Mello, O. M. T., Di Bernardo, L., Galvis, G., Veras, L. R. V. (1998). Remoção de algas por filtração em múltiplas etapas. Anais do VIII Simpósio Luso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, pp João Pessoa, Brasil. 2. Di Bernardo, L. (1993). Métodos e Técnicas de Tratamento de Água, vols. 1 e 2. ABES, Rio de Janeiro. 3. Di Bernardo, L., Brandão, C.C.S., Heller, L. (1999). Tratamento de Águas de Abastecimento por Filtração em Múltiplas Etapas. PROSAB. ABES, Rio de Janeiro. 4. Di Bernardo, L. e Rocha, O. (1990). Remoção de algas em pré-filtro de fluxo ascendente com meio granular de pedregulho e areia grossa. In: IV Simpósio Luso-Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Belo Horizonte, Brasil. 5. Cezar (2000). Aplicabilidade da Pré-Filtração Ascendente em Pedregulho com Coagulação Química, como Pré-Tratamento para a Filtração Rápida de Águas com Presença de Algas. Dissertação de Mestrado, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF. 6. Cleasby, J. L. (1991). Source water quality and pretreatment options for slow filters. In: Logsdon, G. S. (ed.) Slow Sand Filtration. ASCE, Nova Iorque, E.U.A. 7. Galvis, G., Latorre, J. e Visscher, J.T. (1997). Filtración en Múltiples Etapas. Tecnologia Innovativa para el Tratamento de Agua (versión preliminar). IRC, CINARA, Colômbia. 8. Ingallinella, A. M. (1991). Experiencias con pretratamientos. Seminario Internacional Sobre Mejoramiento de la Calidad de Agua para Consumo Humano. Cali, Colômbia. 9. Mello, O.M.T. (1998). Avaliação do Desempenho da Filtração em Múltiplas Etapas no Tratamento de Águas em Elevadas Concentrações de Algas. Dissertação de Mestrado, Departamento de Engenharia Civil, Universidade de Brasília, DF, 136p. 10. Ministério da Saúde (2000). Normas e Padrão de Potabilidade das Águas Destinadas ao Consumo Humano. Portaria Nº 1469/00, Brasília, Brasil. 11. Page, A. L., Miller, R. H. e Keeney, D.R. (1982). Methods of Soil Analysis. Part 2 Chemical ang Microbiological Properties. Second Edition. American Society of Agronomy, Inc. Soil Science Society of America, Inc. Madison, Wisconsin, USA. 12. Wegelin, M., Ingallinella, A.M. e Steeca, L.M. (1996). Filtración gruesa ascendente en manto de grava rehabilitación de la etapa previa a los filtros lentos de la planta potabilizadora de Tarata, Bolívia. Conderencia Internacional Mejoramiento de la Calidad del Agua. Cali, Colômbia. 14 ABES Trabalhos Técnicos