GIA / 10 17 a 22 de Outubro de 1999 Foz do Iguaçu Paraná - Brasil GRUPO XI GRUPO DE ESTUDOS DE IMPACTOS AMBIENTAIS (GIA) ENSAIOS FÍSICO-QUÍMICOS PARA O TRATAMENTO DOS EFLUENTES DO TRANSPORTE HIDRÁULICO DAS CINZAS PESADAS DA USINA TERMELÉTRICA CHARQUEADAS Dinorzeti H. Barbosa Maurício Luiz Sens (UFSC) José Lourival Magri* Rejane Helena Riveiro da Costa (UFSC) Renato S. Barbosa Rita C. M. Tissot Sérgio R. do Rio Martins GERASUL RESUMO Este trabalho apresenta os resultados dos ensaios físico-químicos realizados com os efluentes líquidos, resultantes do arraste hidráulico das cinzas da Usina Termelétrica Charqueadas - UTCH, da GERASUL, que utiliza como combustível o carvão mineral. Esses ensaios foram realizados para avaliar a viabilidade técnica e econômica do tratamento desses efluentes, para adequá-los aos padrões de emissão, principalmente em relação à concentração de sólidos suspensos, para efluentes líquidos estabelecidos pela Fundação Estadual de Proteção Ambiental - FEPAM do RS. São apresentados parte dos trabalhos efetuados pelo Laboratório Integrado de Meio Ambiente - LIMA, do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, onde foram realizados ensaios de floculação e testados como coagulantes Sulfato de Alumínio - Al 2 (SO 4 ) 3, o Sulfato Ferroso - FeSO 4 e o Cloreto Férrico - FeCl 3. Para esses ensaios, foram utilizados os efluentes da Usina operando com três unidades de 18 MW e foram determinadas, a melhor dosagem de coagulante, melhor tempo de floculação e melhor gradiente de velocidade (G). PALAVRAS CHAVES Tratamento de Efluentes Líquidos de UTE s, Poluição Hídrica, Meio Ambiente e Usinas à Carvão. 1.0 - INTRODUÇÃO A Usina Termelétrica Charqueadas - UTCH, localizada no município de Charqueadas, aproximadamente 30 km de Porto Alegre - RS, iniciou sua operação em 1956, possui uma potência instalada de 72 MW (4 x 18 MW), e tem como combustível principal o carvão mineral proveniente da região do Baixo Jacuí - RS, com as seguintes características: Poder Calorífico - 3.027 à 3.572 kcal/kg; Cinza - 49 à 53,5%; Enxofre - 0,8 à 1,5%. Atualmente, as cinzas pesadas são retiradas do fundo da fornalha via hidráulica utilizando-se para tanto uma vazão de água de aproximadamente 500 m 3 /h, que são tratadas num sistema de filtros/decantadores e clarificadores, com uma eficiência na retenção de sólidos suspensos variando de 80 a 90%, dependendo das condições de operação da usina. Após passar por esse sistema, os efluentes líquidos apresentam uma concentrações de sólidos suspensos da ordem de 1.000 mg/l a 3.500 mg/l, que varia em função das condições de operação da Usina e da água captada do rio Jacuí, que em determinadas épocas do ano (estações com elevados índices pluviométricos) pode *Centrais Geradoras do Sul do Brasil S.A. GERASUL Rua Deputado Antônio Edú Vieira, 999 AMA Florianópolis SC CEP 88040-901 Tel.: 231 7239 _ Fax (048) 234 0340 e-mail: magri@gerasul.com.br
2 ter uma concentração de 100 mg/l de sólidos suspensos. A Fundação Estadual de Proteção Ambiental do RS - FEPAM, no processo de Licenciamento Ambiental da UTCH, condicionou o lançamento dos efluentes líquidos com uma concentração de sólidos suspensos de 50 mg/l e sólidos sedimentáveis menor que 1,0 ml/l. Este informe técnico, tem por objetivo apresentar os resultados dos ensaios de floculação e sedimentação, como uma das alternativas estudadas para o tratamento dos efluentes do arraste hidráulico das cinzas pesadas das UTCH, a fim de adequar aos padrões de emissão estabelecidos pela FEPAM. cada coagulante testado, bem como a melhor Concentração para cada coagulante. Com esses resultados pode-se determinar também, a eficiência no tratamento desses efluentes, para diferentes Tempos de Detenção e Carga Superficial com e sem a utilização de coagulantes, de forma a atender ao padrão de emissão estabelecido pelo Órgão de Meio Ambiente para sólidos suspensos, em diferentes condições de operação a que está sujeita a UTCH. 2.0 - CARACTERIZAÇÃO DO EFLUENTE LÍQUIDO Os efluentes para a realização desses ensaios foram coletados com a Usina operando com três Unidades, e apresentaram as seguintes características físicoquímicas: Alcalinidade - 94 mg/l CaCO 3 ; Acidez - 0,00 mg/l; ph - 10,75 Turbidez - 525 NTU; Cor aparente - 300 UC; Sólidos Totais - 8.669 mg/l; Sólidos Fixos - 3.764 mg/l; Sólidos Voláteis - 4.905 mg/l; 3.0 - ENSAIOS DE FLOCULAÇÃO 3.1 - Determinação da Melhor Dosagem de Coagulante Os resultados dos ensaios indicam que o cloreto férrico apresenta-se como o melhor coagulante, tendo em vista que a partir de baixa dosagem, como 20 mg/l, a turbidez residual após 5 minutos de sedimentação, apresenta-se inferior a 10 NTU. Esses estudos, foram feitos através de um convênio entre a GERASUL e a Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC - Departamento de Engenharia Sanitária, com ensaios físico-químicos de floculação e sedimentação desenvolvidos no Laboratório Integrado de Meio Ambiente - LIMA. Nos ensaios de floculação foram testados três tipos de coagulantes, sulfato de alumínio, sulfato ferroso e cloreto férrico, determinando-se a melhor dosagem de coagulante, melhor tempo de floculação e melhor gradiente de velocidade. Com essa avaliação pode-se determinar o melhor tempo de Mistura Rápida, Gradiente de Velocidade para floculação e melhor Detenção, para Os resultados obtidos nos ensaios E5 e E6 mostram que melhora eficiência do cloreto férrico em concentrações mais elevadas, no entanto, foi observado o aparecimento de cor no efluente final tratado. O sulfato ferroso foi descartado em função da necessidade de utilizar um auxiliar de coagulação, no caso estudado, a cal hidratada, o que encarece o processo de tratamento. As Tabelas 1 à 6, em anexo, apresentam os resultados dos testes para avaliar a melhor dosagem de cada coagulante testado. 3.2 - Determinação do Melhor Floculação e Melhor Gradiente de Velocidade Nesses ensaios foram testados o Sulfato de Alumínio, numa dosagem de 35 mg/l e o Cloreto Férrico, numa dosagem de 40 mg/l de efluente in natura da Usina. Os resultados indicaram que o melhor Floculação foi de 15 minutos, tanto para o Sulfato de Alumínio quanto para Cloreto Férrico. Em relação ao melhor Gradiente de Velocidade (G), para o Sulfato de Alumínio foi de 70 s -1 e de 50 s -1 para o Cloreto Férrico. As Tabelas 7, 8 e 9 apresentam os resultados dos ensaios para a determinação desses dois parâmetros para o Sulfato de Alumínio e Cloreto Férrico, os testes para o Sulfato Ferroso foram descartados tendo em vista a exigência da utilização de cal hidratada, como auxiliar de coagulação.
3 4.0 - CONCLUSÃO Com os resultados desses ensaios, podemos concluir que o efluente líquido do arraste hidráulico das cinzas da Usina Termelétrica pode ser tratado através de um processo físico-químico, como Coagulação/Floculação seguido de decantação convencional. Podemos recomendar que seja aplicada na Mistura Rápida um gradiente de velocidade superior a 800 s -1, e para a floculação um gradiente de velocidade G = 55 s -1, em um tempo de detenção de 10 minutos. Com esses ensaios verificou-se que os melhores resultados foram alcançados para o coagulante Cloreto Férrico - FeCl3, o Sulfato de Alumínio - Al 2 (SO 4 ) também apresentou bons resultados, a utilização de um ou outro produto é uma questão de avaliação econômica. A dosagem de cloreto férrico irá variar em função das condições operacionais da Usina, e sua variação será entre 10 a 60 mg/l como uma dosagem ótima, porém uma dosagem de 20 mg/l é suficiente, enquanto que para o sulfato de alumínio pode ser de 35 mg/l, e serão atendidos os padrões de emissão para sólidos suspensos (50 ppm) e sólidos sedimentáveis ( < 1,0 ml/l). 5.0 - BIBLIOGRAFIA (1) SENS, L., MAURÍCIO, MC; COSTA, H.,R., REJANE, MC; MAGRI, L.,JOSÉ; FERREIRA, F., OSVALDO. Ensaios de Floculação e Sedimentação do Efluente de Usina Termelétrica - Convênio ELETROSUL - UFSC/ENS. (1998) Florianópolis S.C. (2) Degrémont. Manual Técnico del Agua. Cuarta Edición (1979). Espanha. (3) CETESB. Técnica de Abastecimento e Tratamento de Água. 2ª Edição (1977) São Paulo. (4) GERASUL. Avaliação da Qualidade das Águas e Efluentes Líquidos - Área de Influência das Usinas Termelétricas de Charqueadas e Jacuí. (1998) - Charqueadas R.S.
4 TABELA 1 SULFATO DE ALUMÍNIO - Al 2 (SO 4 ) 3 - MELHOR DOSAGEM Ensaio (E1) - Sulfato de Alumínio - Al 2 (SO 4 ) 3-1 Ensaio (E1): Grad. de Veloc. (G) - Mistura Rápida - MR = 105 s -1 (T = 2 min); G1 = 80 s -1 ; G2 = 80 s -1 ; G3 = 80 s -1 (T = 6 min. Para cada G). Jarro Temp. Decant. 6 min 12 min 20 min. 27 min. Dosagem Al 2 (SO 4 ) 3 mg/l Turbidez Resid. 1 10 128,00 106,00 51,80 37,40 2 15 39,00 29,20 17,10 12,70 3 20 11,09 8,38 6,55 6,23 4 25 4,06 3,22 2,65 2,52 5 30 3,18 1,83 1,32 1,27 6 35 2,00 1,20 1,09 0,92 TABELA 2 SULFATO DE ALUMÍNIO - Al 2 (SO 4 ) 3 - MELHOR DOSAGEM Ensaio (E2) - Sulfato de Alumínio - Al 2 (SO 4 ) 3-2 Ensaio (E2): G (M.R.) = 105 s -1 (T = 2 min); G1 = 80 s -1 G3 = 40 s -1 G4 = 20 s -1 (T = 6 min. em cada G) Temp. Decant. 5 min 12 min 20 min. 25 min. Jarro Dosagem Al 2 (SO 4 ) 3 mg/l 1 30 2,23 1,22 1,15 0,97 2 35 1,48 1,18 1,22 1,18 3 40 1,59 1,52 1,02 0,84 4 45 7,22 2,33 1,67 1,71 5 50 7,30 1,59 1,20 1,30 6 55 5,60 1,28 1,21 1,05 TABELA 3 SULFATO FERROSO - FeSO 4 - MELHOR DOSAGEM 1 Ensaio (E3) com sulfato ferroso G (M.R.) = 105 s -1,T = 3 min.; G1 = 50 s -1,T = 20 min. Jarro Dosagem FeSO 4 mg/l 1 10 115 46,5 2 20 57 25,4 3 30 47 16,8 4 40 31 13,0 5 50 30 12,8 6 60 28,5 10,7 1 70 43,8 17,3 2 80 52 17,9 3 90 48 15,0 4 100 40,7 10,7 5 150 24 11,4 6 200 22 5,34 Nota: efluente final apresentam uma turbidez elevada.
5 TABELA 4 SULFATO FERROSO - FeSO 4 - MELHOR DOSAGEM 2 Ensaio (E4) com sulfato ferroso e cal hidratada G (M.R.) = 105 s -1,T = 3 min.; G1 = 50 s -1,T = 20 min. Jarro Dosagem de Cal Dosagem FeSO 4 ph Final mg/l mg/l 1 2,0 300 24,5 10,2 6,25 2 4,0 300 9,05 3,71 6,27 3 6,0 300 6,22 2,27 6,27 4 8,0 300 5,63 2,49 6,48 5 10,0 300 9,33 2,12 6,30 6 12,0 300 3,62 2,87 6,32 Nota: cal hidratada utilizada para auxiliar a floculação e corrigir o ph. TABELA 5 - CLORETO FÉRRICO - FeCl 3 - MELHOR DOSAGEM 1 Ensaio (E5) com cloreto férrico - G (M.R.) = 105 s -1,T = 3 min.; G1 = 50 s -1,T = 20 min. Jarro Dosagem FeCl 3 mg/l 1 10 14,42 2,25 2 20 4,00 1,33 3 30 2,75 1,30 4 40 1,80 0,70 5 50 0,78 0,38 6 60 0,65 0,22 Nota: durante os testes, em todos os jarros houve sedimentação, exceto no jarro n 6. TABELA 6 - CLORETO FÉRRICO - FeCl 3 - MELHOR DOSAGEM 2 Ensaio (E6) com cloreto férrico - G (M.R.) = 105 s -1,T = 3 min.; G1 = 50 s -1,T = 20 min. Jarro Dosagem FeCl 3 mg/l 1 70 0,43 0,19 2 80 1,70 0,17 3 90 0,65 0,13 4 100 1,75 0,10 5 150 1,08 0,20 6 200 1,30 0,16 Nota: nesses testes não houve sedimentação mas o aparecimento de cor no efluente tratado.
6 TABELA 7 SULFAATO DE ALUMÍNIO - Al 2 (SO 4 ) 3 - MELHOR TEMPO DE FLOCULAÇÃO Ensaio (E7) - Dosagem de Sulfato de Alumínio - Al 2 (SO 4 ) 3-35mg/l; G (M.R.) = 105 s -1 (T = 1 min); G1 = 52 s -1 (50 rpm) 10 min. Decantação Jarro Floculação (min) Turbidez Residual 1 5 13,8 2 10 12,0 3 15 7,54 4 20 11,2 5 25 16,4 6 30 28,4 Nota: melhor tempo de floculação - 15 min. TABELA 8 SULFATO DE ALUMÍNIO - Al 2 (SO 4 ) 3 - MELHOR GRADIENTE DE VELOCIADADE (G) Ensaio (E8) - Dosagem de Sulfato de Alumínio - Al 2 (SO 4 ) 3-35mg/l; Floculação: 15 min.; Mistura Rápida: 1 min. G ( s -1 ) rpm Decantação (min) Turbidez Residual 30 30 10 16,00 40 41 10 9,60 50 52 10 7,25 60 65 10 7,00 70 73 10 2,80 80 84 10 6,30 90 95 10 8,00 100 105 10 22,0 Nota: melhor Gradiente de Velocidade 70 s -1 TABELA 9 - CLORETO FÉRRICO - FeCl 3 MELHOR TEMPO DE FLOCULAÇÃO E GRADIENTE DE VELORICADE (G) Ensaio (E9) - Dosagem de Cloreto Férrico - FeCl 3-40mg/l; Floculação: 15 min.; Mistura Rápida: 1 min. G ( s -1 ) rpm Floculação (min) Decantação (min) Turbidez Residual 40 41 15 10 2,80 50 52 15 10 2,56 60 62 15 10 2,34 70 73 15 10 5,26 80 84 15 10 4,92 90 95 15 10 6,92 Nota: melhor Gradiente de Velocidade 50 s -1, Floculação 15 min.