AVALIAÇÃO EMPÍRICA DOS TEMPOS DE FLOCULAÇÃO E SEDIMENTAÇÃO A SEREM APLICADOS NO JARTESTE DA ETA CENTRAL DE JACAREÍ NELSON GONÇALVES PRIANTI JUNIOR (1) - Biólogo (UNITAU), Pedagogo (UNIFRAN), Especialista em Saneamento Ambiental (MACKENZIE), e em Gestão dos Recursos Hídricos (UNITAU), Mestre em Ciências Ambientais (UNITAU), Doutorando em Engenharia Civil: Saneamento e Ambiente na UNICAMP, Chefe da Divisão de Controle de Qualidade do SAAE de Jacareí. FÁBIO HENRIQUE DO CARMO Biólogo (UNITAU), Especialista em Engenharia de Qualidade (Universidade Federal de Itajubá), Analista de Saneamento do SAAE de Jacareí JESIEL ALVES DE MORAIS Estagiário de Química do Laboratório de Garantia de Qualidade do SAAE de Jacareí. CARLOS GOMES DA NAVE MENDES - Professor Assistente Doutor da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo UNICAMP, Dep. de Saneamento e Ambiente, Engenheiro Civil, Mestre e Doutor em Hidráulica e Saneamento pela EESC USP, 1981, 1985 e 1990, Coordenador do Laboratório de Estudos de Tratabilidade de Águas, Efluentes e Resíduos Sólidos DAS / FEC/ UNICAMP MARCELO LIBÂNIO Engenheiro Civil (UFMG), Mestre em Engenharia Sanitária (UFMG), Doutor em Hidráulica e Saneamento (USP), Pesquisador do CNPq, Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Hidráulica e Recursos Hídricos da UFMG (1) Av. Antunes da Costa n.º 200 - Jd. Bela Vista Jacareí SP Fone (12) 3951 2009 - Fax (12) 3951 8245 CEP 12.308-640 e-mail: nprianti@bol.com.br Palavras-chave: floculação, sedimentação, Jarteste Responsável pela apresentação oral: Fábio Henrique do Carmo INTRODUÇÃO E OBJETIVO O aumento da demanda de água, aliado a uma crescente degradação dos corpos hídricos, comprometem os diversos usos da água, sobremaneira o abastecimento de água, e as atividades produtivas associadas, trazendo à tona um cenário de dificuldades a serem questionadas. Essa combinação de redução de quantidade e deterioração da qualidade interfere no uso das águas, sendo necessárias maiores atenções por parte das
empresas de saneamento para a correta utilização de tecnologias visando uma eficiência dos processos de potabilização. Esse quadro de alterações de qualidade da água bruta, tem sido verificado no principal manancial superficial que abastece a cidade de Jacareí, S.P. o rio Paraíba do Sul. Devido a essas variações, há que se atentar continuamente para as dosagens de produtos químicos, bem como para os processos de agitação rápida, coagulação, floculação, sedimentação e filtração, havendo muitas vezes a necessidade de modificações operacionais para a efetiva adequação da água para fins de potabilidade. Considerando-se os padrões cada vez mais restritivos da qualidade da água para consumo humano, a Portaria 518, de 25 de março de 2004, do Ministério da Saúde, e a impossibilidade de se atuar diretamente nas ETAs sem o respaldo de testes, justifica-se a necessidade de ensaios de floculação utilizando-se o equipamento Jarteste. Observando-se ainda que na legislação em vigor sobre qualidade de água para consumo humano, teve destaque a recomendação da redução dos padrões de turbidez remanescentes, parâmetro hoje considerado de importância sanitária, pois, à despeito de menores índices de turbidez não assegurarem remoção de cistos e oocistos de protozoários (Giardia e Cryptosporidium), há que se buscar a melhoria do desempenho das ETAs, minimizando-se assim os riscos à saúde da população consumidora. (LIBÂNIO e LOPES, 2006) Um equipamento muito utilizado nas estações de tratamento de água para estudos de melhoria de performance é o Jarteste - um simulador dos processos que acontecem na ETA, composto por seis reatores estáticos com capacidade de dois litros, com sistemas coletores de água floculada padronizados aos sete centímetros da altura da capacidade de dois litros, e agitadores com velocidade controlada. Os agitadores do Jarteste podem fornecer gradientes de velocidade entre 10 e 2000 s -1, simulando então desde a agitação rápida, até os menores gradientes aplicados. Desta forma, os testes realizados com este equipamento têm como objetivo, verificar dosagens mais adequadas de coagulantes, alcalinizantes ou de auxiliares de floculação, ou mesmo averiguar demais condições operacionais da ETA. (DI BERNARDO, 2002)
Além da adequação de dosagens, o Jarteste é importante para a avaliação da introdução de novos produtos químicos no tratamento de água. Como o equipamento possibilita uma diversidade de testes, as metodologias utilizadas são bastante variáveis, o que dificulta sobremaneira uma padronização de procedimentos. Verifica-se que embora os ensaios em reatores estáticos procurem reproduzir as condições operacionais da ETA, os resultados conseguidos com o Jarteste podem não ser absolutamente iguais quando aplicados em planta, devido às diferenças entre os ensaios em reatores estáticos, e a realidade das condições em regime operacional normal, contudo, os resultados obtidos podem auxiliar na tomada de decisões da operação, bem como propiciar redução do uso de produtos químicos. Desta forma, os ensaios de Jarteste são preponderantes para uma melhora na performance das operações unitárias, e estes testes, se bem realizados e aplicados, podem culminar em menor turbidez remanescente, redução de gastos com floco-coagulantes, menos partículas a serem arrastadas às unidades de filtração, maior tempo de carreira dos filtros, com conseqüente redução de gastos com energia para lavagem de filtros, além de assegurar maior segurança quanto á remoção de cistos e oocistos de protozoários. Os testes propostos neste trabalho visam avaliar empiricamente o tempo de agitação (floculação), e de sedimentação mais adequados a serem aplicados nos futuros ensaios de Jarteste, considerando-se como referências, os resultados de turbidez remanescente da água floculada e decantada, da ETA Central do Serviço Autônomo de Água e Esgoto (SAAE) de Jacareí SP, conseguindo-se assim, resultados a serem aplicados mais compatíveis com a realidade da ETA estudada. METODOLOGIA A pesquisa foi realizada no município de Jacareí, situado na parte sudoeste do Estado de São Paulo, no Vale do Paraíba (Figura 1), no início da Bacia do rio Paraíba do Sul, que segundo o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), em 2.000, contava com 199.948 pessoas residentes. O município tem como prestador de serviços de água e esgotos, o Serviço Autônomo de Água e Esgoto (SAAE), órgão de natureza autárquica, com abrangência local, atende 99% da população com abastecimento de água, e 98% de
índice de atendimento quanto a coleta de esgoto, com 20% de tratamento de efluentes sanitários. FIGURA 1 Localização do município de Jacareí no Estado de São Paulo. A água bruta pesquisada, proveniente do rio Paraíba do Sul, abastece a Estação de Tratamento de Água (ETA) Central, (Figura 2), com tratamento de ciclo completo, composta por duas alas contíguas para tratamento, que tem como peculiaridades dois canais de distribuição de água coagulada com quarenta metros de extensão, para distribuição da água aduzida (de 550 a 900 L/s), em parcelas proporcionais às duas alas da ETA, bem como quatro unidades de floculação mecanizadas de passagem forçada. Contudo, a floculação se dá com a agitação mecanizada desligada, funcionando assim os floculadores somente com a força hidráulica. Na correção final da água tratada, a ETA além da correção do ph, aplicação de flúor e cloro, desde 1997, é aplicado o ortopolifosfato de sódio para quelação dos metais e melhora da qualidade organoléptica da água distribuída. Eventualmente devido a problemas de aparecimento de odor e sabor na água, é aplicado o carvão ativado pulverizado para adsorção das substâncias causadoras desses problemas organolépticos.
Figura 2 - Estação de Tratamento de Água - ETA Central Jacareí SP, com suas duas alas contíguas de tratamento (ETA I e ETA II). Para a efetivação dos ensaios, realizados em 28 e 29 de setembro, bem como nos dias 09, 10, 13 e 14 de novembro de 2006, foi utilizado o Jarteste da marca Nova Ética, modelo 218 LDB (Figura 3), 12 frascos de coletas de 500 ml, com graduações para 50 ml, e 3 frascos de coletas de 500 ml para amostras de água bruta, floculada e decantada da ETA. FIGURA 3 Equipamento Jarteste Laboratório físico-químico da ETA Central do SAAE de Jacareí. As medições de turbidez foram realizadas em turbidímetro marca Orion, modelo AQ 4500, o ph foi medido no phmetro marca Micronal, modelo B 474, e a análise de alcalinidade foi realizada por titulometria Para o primeiro ensaio foi efetuada uma amostra de água bruta na ETA Central, tendo sido realizadas medições de turbidez, ph, alcalinidade e temperatura. Foram coletados 15 litros de água coagulada ETA Central de Jacareí, provenientes do vertedouro da canaleta da ETA II, bem como uma amostra de 500
ml de água da saída do floculador 3, e uma amostra de 500 ml da água decantada proveniente do decantador 3, ambas da ETA II. As amostras foram encaminhadas ao laboratório, onde, da amostra de água coagulada, alíquotas de 2 litros foram distribuídas nos seis recipientes do reator estático, e das amostras de água floculada e decantada, foram medidas a turbidez. Como a amostra de 15 litros de água coagulada já havia recebido a agitação rápida na ETA, para se avaliar o tempo de agitação que mais se aproximasse aos resultados da turbidez conseguidos na amostra de água floculada da ETA, foram testados diversos tempos de agitação (floculação) no reator estático, respectivamente 18, 21, 24, 27, 30 e 33 minutos, considerando-se um gradiente de floculação de 20 s -1, que corresponde a aproximadamente 30 rpm. Após os tempos de agitação diferenciados para a floculação terem sido aplicados, foram efetuadas coletas de amostras aos 4, 20 e 30 minutos de sedimentação, e posteriormente foram realizadas medições de turbidez das amostras nos três tempos de sedimentação, bem como do ph de floculação. Após a avaliação dos resultados do primeiro teste, resolveu-se então fazer um segundo ensaio em 29.09.06, utilizando-se os mesmos passos do primeiro ensaio, o mesmo gradiente de floculação, porém com menores tempos de agitação para floculação (6, 9, 12, 15, 18 e 21 minutos), objetivando-se verificar se esses diferentes tempos de agitação forneceriam resultados similares à ETA, nos mesmos tempos de coleta de água floculada (4, 20 e 30 minutos). Posteriormente foram realizados mais quatro testes (dias 09, 10, 13 e 14 de novembro) com tempos de floculação variando de 12 a 22 minutos e coletas de água aos 5, 20 e 30 minutos. RESULTADOS E CONSIDERAÇÕES Considerações referentes ao primeiro ensaio: A amostra de água bruta coletada no dia 28 de setembro de 2006, apresentava como características: turbidez de 10,2 ut, cor aparente 25 uc, ph 7,0 e alcalinidade total 13,0 mg/l. A ETA Central neste primeiro ensaio apresentava uma vazão afluente de 651,4 L/s (bombas n. os 1 e 4 em funcionamento), com uma dosagem de sulfato de alumínio equivalente a 9,15 mg/l. Nesta vazão, o tempo de detenção teórico nos floculadores da ETA era de 46,6 min, com velocidade de sedimentação de 2,86
cm.s -1, tempo teórico de detenção nos decantadores de 2,73 horas, com taxa de escoamento de 41,2 m 3 /m 2.dia. Das coletas de água floculada e decantada foram medidas a turbidez, encontrando-se respectivamente, 6,40 ut e 1,88 ut, resultados que serviram para comparar os resultados obtidos no ensaio de Jarteste, utilizando-se um gradiente de velocidade de 20 s 1 (aprox. 30 rpm), e diferentes tempos de agitação e sedimentação, cujos resultados estão expressos na Figura 4. O ph de floculação foi da ordem de 6,4, e a temperatura da água se encontrava em 24ºC. FIGURA 4- Resultados do ensaio de Jarteste de 28.09.06, com água coagulada da ETA Central, em diferentes tempos de agitação e sedimentação Apreende-se dos resultados plotados na Figura 4 que, na água já coagulada da ETA Central, submetida a um ensaio de Jarteste, com iguais gradientes de floculação e coletas aos 4 minutos de sedimentação, representaram uma turbidez equivalente à água do floculador da mesma ETA, e que todas as amostras (de 18 a 33 minutos de sedimentação), são bastante representativas da condição da água decantada da ETA, no momento do teste. Verifica-se que nas coletas de 20 e 30 minutos de sedimentação, as amostras de todos os tempos de floculação (de 18 a 33 ), também apresentaram condições similares à água decantada proveniente da ETA. Como as equivalências citadas foram relativas à todos os tempos de agitação aplicados (de 18 a 33 minutos), novo ensaio foi realizado utilizando-se o mesmo gradiente de floculação, mesmos tempos de coleta de água floculada (4, 20 e 30 minutos), porém reduzindo-se os tempos de agitação para floculação (6, 9, 12, 15, 18 e 21 minutos), e verificou-se:
A amostra de água bruta coletada no dia 29 de setembro de 2006, apresentava como características: turbidez de 11,7 ut, cor aparente 25 uc, ph 7,0 e alcalinidade total 14,0 mg/l. A ETA Central neste segundo ensaio apresentava uma vazão afluente de 651,4 L/s (bombas n os 1 e 4 em funcionamento), com uma dosagem de sulfato de alumínio equivalente a 10,5 mg/l, e mesmos tempos de detenção teórico nos floculadores da ETA, velocidade de sedimentação, tempo teórico de detenção nos decantadores e taxa de escoamento do ensaio anterior. Das coletas de água floculada e decantada foram medidas a turbidez, encontrando-se respectivamente, 7,63 ut e 3,17 ut, dados que serviram para comparar os resultados obtidos no ensaio de Jarteste com gradiente de velocidade de 20 s 1 (aprox. 30 rpm) em diferentes tempos de agitação e sedimentação, expressos na Figura 5. O ph de floculação foi da ordem de 6,3, e a água estava com a temperatura de 22ºC. FIGURA 5- Resultados do ensaio de Jarteste de 29.09.06, com água coagulada da ETA Central, em diferentes tempos de agitação e sedimentação (de 6 a 21 ) Através do segundo ensaio realizado, verifica-se que à partir de 12 minutos de agitação, com coletas aos 20 e aos 30 minutos, os resultados de turbidez são similares à turbidez do decantador da ETA. Poderiam ser utilizados tempos de 12 minutos para a floculação no Jarteste, nas condições descritas, contudo, para uma efetiva garantia de aplicação de energia correta para a formação dos flocos, seria, a nosso entender, recomendável a utilização de 15 minutos de floculação, podendo-se assim utilizar o menor tempo
de sedimentação de 20 minutos, compatível com a avaliação empírica do tempo de sedimentação da ETA Central, anteriormente realizado. Os ensaios realizados em 09 de novembro (Q ETA 570,8L/s), dia 10 e 13 de novembro (Q ETA 944,4 L/s), bem como no dia 14 de novembro (Q ETA 626,4 L/s), foram realizados com agitação lenta de 35 ± 2 rpm por tempos de 12 a 22 minutos, com coletas aos 5, 20 e 30 minutos, e os resultados podem ser verificados nas Figuras 6 a 9. As características das águas brutas estão descritas na Tabela 1. TABELA 1: Características da água bruta do rio Paraíba do Sul, coletada na ETA Central de Jacareí em 09, 10, 13 e 14.11.06 Data Temp. ( o C) Turbidez (ut) Cor aparente (uc) ph Alcal. tot. (mg/l CaCO 3) 09.11.06 22 5,7 15 6,8 10,0 10.11.06 22 9,53 15 6,8 10,0 13.11.06 22 5,22 20 7,1 18,0 14.11.06 22 3,52 12,5 7,2 18 FIGURAS 6 e 7- Resultados do ensaio de Jarteste de 09 e 10.11.06, com água coagulada da ETA Central, em diferentes tempos de agitação e sedimentação (de 12 a 22 )
FIGURAS 8 e 9 - Resultados do ensaio de Jarteste de 13.11.06, com água coagulada da ETA Central, em diferentes tempos de agitação e sedimentação (de 12 a 22 ) Conforme pôde ser observado nos quatro últimos ensaios, onde utilizou-se um gradiente de floculação de 20 s -1, em tempos de 12 a 22 minutos, com coletas aos 5, 20 e 30 minutos, os tempos de agitação de 12 a 16 minutos apresentaram oscilações no resultados de turbidez remanescente, e os frascos com 18 minutos mostraram resultados mais coerentes. Desta forma, conforme os testes realizados, para os ensaios de Jartestes a serem efetuados na ETA de Jacareí, serão usados tempos de agitação de 18 minutos, optando-se pela padronização das coletas aos 20 minutos de sedimentação, que comprovaram ser compatíveis com os resultados conseguidos em escala real, possibilitando assim uma aplicação efetiva dos resultados de Jarteste na citada planta. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BRASIL. MINISTÉRIO DA SAÚDE. Portaria n.º 518, de 25 de março de 2004. Estabelece os procedimentos e responsabilidades relativas ao controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade, e dá outras providências. Diário Oficial da República Federativa do Brasil. Brasília, 26 mar.2004 DI BERNARDO, L.; DI BERNARDO, A.; CENTURIONE FILHO, P.L.. Ensaios de tratabilidade de Água e dos Resíduos Gerados em Estações de Tratamento de Água. São Carlos: RiMa, 2002. LIBÃNIO, M.; LOPES, V.C. Metodologia para avaliação da performance de Estações de Tratamento de Água. Anais... Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, 23. ABES: Campo Grande, 2006.