REDUÇÃO NA DOSAGEM DE SULFATO DE ALUMÍNIO NA ETA GUARAÚ COM A UTILIZAÇÃO DO SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE ÁGUA DE LAVAGEM DOS FILTROS Alexandre Saron (1) Engenheiro químico na ETA Guaraú da CIA de Saneamento Básico do Estado de São Paulo atuando na parte de controle operacional. Formado pela Faculdades Oswaldo Cruz e mestrando em Engenharia Civil na área de Saneamento na UNICAMP. Edilson Pereira da Silva Técnico de Sistema de Tratamento de Água na ETA Guaraú da CIA de Saneamento Básico do Estado de São Paulo, atuando como Encarregado de Sistema de Tratamento de Água. Formado em Química Industrial pela Faculdades Oswaldo Cruz com pós-graduação Latu-Sensu em química. FOTO Endereço (1) : Rua Joaquim José dos Santos Camargo, 173 - Jardim Garcia - Campinas - SP - CEP: 13001-002 - Brasil - Tel: (011) 203-8350 - Fax: (011) 203-0481. RESUMO O sistema de recuperação de água de lavagem (SRAL) da ETA Guaraú quando em operação não reduz somente as perdas de água envolvidas no processo de tratamento. Ocorre também uma pequena redução na dosagem do sulfato de alumínio. O sistema de recuperação retorna no ponto de água coagulada do processo de tratamento. Este foi o fator que realizou este evento. A Estação de Tratamento de Água do Guaraú (sabesp) pertencente ao sistema cantareira em São Paulo, produz em média 33,5 m 3 /s de água tratada e uma redução de 1 mg/l de adição de coagulante, significam toneladas do produto no final de um mês. As reduções do coagulante foram acompanhadas através de análises do potencial Zeta da água coagulada. Para evidenciar a redução do agente coagulante, realizou-se ensaios de Jar-Test com a água bruta que abastece a ETA Guaraú. O agente coagulante utilizado foi o sulfato de alumínio. Para simular a água proveniente do SRAL, efetuou-se uma coleta a cada um minuto, durante a lavagem do filtro. A utilização desta água deu-se de duas maneiras: a primeira com uma prévia sedimentação e uma outra sem a ocorrência desta. Obteve-se informações de ph ótimo de coagulação e dosagem ideal do coagulante, através de ensaios de Jar-test. Adicionou-se em outros ensaios, utilizando-se das informações anteriores, a água simulada do SRAL, sendo que, primeiramente sedimentada e em seguida, com água sem a sedimentação. O volume de água de lavagem adicionado foi de 1,5% do volume do jarro. Este valor representa a situação real na ETA. Foi realizado análises fisicoquímicas na água coagulada e decantada dos ensaios de Jar-test. Através dos ensaios realizados percebe-se que quando o sistema de recuperação de água de lavagem está operando e não ocorrendo uma boa sedimentação das partículas da água de lavagem dos filtros, a dosagem de sulfato de alumínio chega a diminuir até 10% do seu valor. Em planta, os resultados obtidos foram semelhantes aos testes realizados no laboratório. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1088
PALAVRAS-CHAVE: Sistema de Recuperação de Água, Lavagem dos Filtros, Redução de Dosagem de Sulfato de Alumínio. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1089
INTRODUÇÃO Investigações feitas em Chicago, a partir de 1937, por Baylis, indicaram que as condições de floculação podem ser melhoradas, utilizando-se a sílica coloidal como agente auxiliar. No caso de águas com baixa quantidade de material em suspensão, material propício à formação de núcleos de flocos, o emprego de sílica coloidal melhorou bastante a floculação e a decantação [1]. A vantagem do processo decorre do fato de a sílica formar núcleos de carga negativa, capazes de agregar partículas e impurezas. As partículas assim constituídas e desenvolvidas são mais facilmente absorvidas pelos compostos de alumínio que se formam na água [1]. A argila preparada, terra de Fuller e certas substâncias pesadas, também tem sido empregadas para melhorar as condições de floculação e decantação de águas de baixa turbidez. No Brasil se produz a Bentonita em escala comercial e existem várias pesquisas sobre o emprego deste material, auxiliando o tratamento de água para abastecimento. [1],[2],[3] A utilização da sílica coloidal e da bentonita, auxiliando o tratamento de água, efetuam a redução da adição de sulfato de alumínio. Por um outro lado implicam em custos adicionais à água tratada. FLUXOGRAMA DA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA DO GUARAÚ P. Z. CONTÍNUO Cal H 2 SiF 6 Água Bruta Al 2 (SO 4 ) 3 Mistura Rápida Bacia de Tranqüiliz ação Medidor de vazão Polieletrólito Cl 2 Floculado res Decanta dores Filtros Água de lavagem dos Filtros Á G U A F I N A L S.R.A.L 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1090
NÚCLEOS DE FORMAÇÃO Adicionando-se à água coagulada flocos de Al(OH) 3 previamente formados, estes irão atuar como núcleos de formação auxiliando o processo de floculação [1]. O tratamento de água do Guaraú ocorre na região da varredura segundo o diagrama de coagulação do sulfato de alumínio elaborado por Amirtharajah e Mills [4]. Devido a presença do precipitado gelatinoso de hidróxido de alumínio, os vários íons de alumínio formados na coagulação da água tenderão à uma agregação de melhor eficiência. ÁGUA BRUTA DA E.T.A. GUARAÚ - CARACTERÍSTICAS A água bruta que abastece a ETA Guaraú possui características químicas praticamente constante durante o ano e as características fisico-químicas bem definidas para o período de chuvas e estiagem. Tabela 1 - Qualidade da água bruta (média mensal) verificada no ano de 1996. MESES / 96 ph COR (u.c.) TURBIDEZ (ntu) Janeiro 6,7 87,3 16,1 Fevereiro 6,7 74,8 26,4 Março 6,8 78,6 34 Abril 6,7 37 10,8 Maio 6,7 27 6,2 Junho 6,7 30 7,8 Julho 6,7 45 8,4 Agosto 6,7 35 8,8 Setembro 6,8 28 6,9 Outubro 6,7 30 9,3 Novembro 6,8 25 8,3 Dezembro 6,7 40 18,6 ENSAIOS Os ensaios foram realizados em duas fases. A primeira fase foi a obtenção do ph ótimo de coagulação e da dosagem ideal de sulfato de alumínio através de ensaios de Jar-Test. A segunda fase dos ensaios deu-se com a adição de água de lavagem dos filtros, a qual simula a água proveniente do Sistema de Recuperação de Água de Lavagem (SRAL), na água coagulada. Para esta segunda fase utilizou-se das informações obtidas na fase anterior. Primeira Fase: Tabela 2 - Obtenção do ph ótimo de coagulação. ÁGUA BRUTA 4,6 ntu Cor 20 u.c. ph 6,8 Alcalinidade -2 11 mg/l CO 3 Potencial Zeta -29,7 mv 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1091
PROD. QUÍM. COAGULADA DECANTADA FRASCO Al 2 (SO 4 ) 3 Ca(OH) 2 Pot. Zeta (mv) ph (ntu) Al residual 1 15 0,0-3,8 6,0 1,3 0,05 2 15 0,2-1,2 6,0 1,2 0,05 3 15 0,4 +0,9 6,3 1,5 0,08 4 15 0,6 +1,5 6,3 1,6 0,08 5 15 0,8 +1,5 6,3 1,5 0,08 6 15 1,0 +2,1 6,4 1,7 0,08 Os dados apresentados são uma média de três testes realizados para a obtenção do ph ótimo de coagulação. O teste foi realizado em jarros de 2 L e o gradiente de velocidade foi de 900 s -1 por 1 minuto na mistura rápida e 50 s -1 por 15 minutos na floculação. A taxa de aplicação para a decantação foi de 80 m 3 /m 2.dia. Com os dados médios obtidos concluiu-se que não haveria necessidade da pré-alcalinização da água bruta. Tabela 3 - Obtenção da dosagem ótima de sulfato de alumínio. ÁGUA BRUTA 4,8 ntu Cor 20 u.c. ph 6,8 Alcalinidade -2 11 mg/l CO 3 Potencial Zeta -28,1 mv PROD. QUÍM. COAGULADA DECANTADA FRASCO Al 2 (SO 4 ) 3 Ca(OH) 2 Pot. Zeta (mv) ph (ntu) Al residual 1 8 0,0-5,9 6,1 2,1 0,04 2 10 0,0-4,4 6,1 1,5 0,05 3 12 0,0-4,0 6,0 1,6 0,05 4 14 0,0-2,8 6,0 1,6 0,04 5 16 0,0-0,5 6,0 1,4 0,05 6 18 0,0 +1,1 5,9 1,4 0,06 Os dados apresentados são uma média de três testes realizados para a obtenção da dosagem ideal de sulfato de alumínio. O teste foi realizado em jarros de 2 L e o gradiente de velocidade foi de 900 s -1 por 1 minuto na mistura rápida e 50 s -1 por 15 minutos na floculação. A taxa de aplicação para a decantação foi de 80 m 3 /m 2.dia. Com os dados médios obtidos verificou-se que a dosagem ideal de sulfato de alumínio encontra-se entre 10 e 12 mg/l. Para os demais ensaios foi adotado o valor médio (11 mg/l) como sendo o valor de melhor dosagem. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1092
Segunda Fase Obtenção da água de lavagem dos filtros: Para simular a água proveniente do SRAL efetuo-se uma coleta de 500 ml de água de lavagem do filtro a cada 1 minuto durante todo o tempo de lavagem de um filtro. Realizou-se uma composição de uma amostra única juntando-se todas as coletas. Nesta amostra realizou-se ensaios de turbidez, com determinados períodos de sedimentação. Tabela 4 - Variação da turbidez da água do SRAL pelo tempo de sedimentação. TEMPO DE SEDIMENTAÇÃO (min) TURBIDEZ (NTU) 0 615 2 428 4 330 6 255 8 143 10 96 12 41 14 24 16 18 18 15 20 11 Tabela 5 - Utilização da água de lavagem dos filtros com prévia sedimentação. ÁGUA BRUTA 5,1 ntu Cor 20 u.c. ph 6,8 Alcalinidade -2 11 mg/l CO 3 Potencial Zeta -28,7 mv PROD. QUÍM. S.R.A.L. COAGULADA DECANTADA FRASCO Al2(SO4)3 Sedimentação (minutos) Pot. Zeta (mv) ph (ntu) Al residual 1 11 10-2,9 6,1 1,2 0,04 2 11 12-3,2 6,1 1,3 0,04 3 11 14-3,8 6,1 1,6 0,04 4 11 16-4,4 6,1 1,7 0,05 5 11 18-3,9 6,1 1,7 0,05 6 11 20-4,2 6,1 1,7 0,04 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1093
Os dados apresentados são uma média de três testes realizados para a obtenção da informação de como variam as características da água coagulada e decantada com a adição da água do SRAL apresentando uma prévia sedimentação. A adição da água do SRAL ocorreu logo após a coagulação da água bruta. O teste foi realizado em jarros de 2 L e o gradiente de velocidade foi de 900 s -1 por 1 minuto na mistura rápida e 50 s -1 por 15 minutos na floculação. A taxa de aplicação para a decantação foi de 80 m 3 /m 2.dia. A quantidade de água do SRAL utilizada foi de 30 ml. Isto representa 1,5 % do volume do jarro de teste. Esta porcentagem foi obtida através de uma média de volume de água recirculada na ETA Guaraú. Verificou-se que diminuindo o tempo de sedimentação da água do SRAL, obteve-se uma menor turbidez da água decantada, além do fato do Potencial Zeta da água coagulada ter tido uma pequena redução. Tabela 6 - Utilização da água de lavagem dos filtros sem sedimentação. ÁGUA BRUTA 4,9 ntu Cor 20 u.c. ph 6,7 Alcalinidade -2 11 mg/l CO 3 Potencial Zeta -29,0 mv FRASCO PROD. QUÍM. Al 2 (SO 4 ) 3 S.R.A.L. COAGULADA DECANTADA Sedimentação (minutos) Pot. Zeta (mv) ph (ntu) Al residual 1 11 0-1,2 6,1 0,93 0,03 2 11 2-1,8 6,2 1,0 0,03 3 11 4-1,5 6,1 1,1 0,04 4 11 6-2,1 6,0 1,1 0,04 5 11 8-2,7 6,1 1,3 0,04 6 11 10-2,7 6,1 1,1 0,05 Os dados apresentados são uma média de três testes realizados para a obtenção da informação de como variam as características da água coagulada e decantada com a adição da água do SRAL sem a sedimentação e com uma pequena sedimentação. A adição da água do SRAL ocorreu logo após a coagulação da água bruta. O teste foi realizado em jarros de 2 L e o gradiente de velocidade foi de 900 s -1 por 1 minuto na mistura rápida. e 50 s -1 por 15 minutos na etapa de floculação. A taxa de aplicação para a decantação foi de 80 m 3 /m 2.dia. A quantidade de água do SRAL utilizada foi de 30 ml. Isto representa 1,5 % do volume do jarro de teste. Esta porcentagem foi obtida através de uma média de volume de água recirculada na ETA Guaraú. Verificou-se que diminuindo o tempo de sedimentação da água do SRAL, ou até sem a sedimentação desta água, obtém-se uma menor turbidez na água decantada, além do fato do Potencial Zeta da água coagulada sofrer uma redução. Com a redução do Potencial Zeta da água coagulada, poder-se-á reduzir a dosagem do agente coagulante 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1094
Tabela 7 - Utilização da água de lavagem dos filtros sem sedimentação com a variação na dosagem de sulfato de alumínio. ÁGUA BRUTA 4,9 ntu Cor 20 ntuo ph 6,8 Alcalinidade -2 11 mg/l CO 3 Potencial Zeta -29,6 mv PROD. QUÍM. S.R.A.L. COAGULADA DECANTADA FRASCO Al2(SO4)3 Sedimentação (minutos) Pot. Zeta (mv) ph (ntu) Al residual 1 6 0-13,1 6,2 2,5 0,11 2 7 0-9,6 6,1 2,4 0,16 3 8 0-7,3 6,1 2,5 0,08 4 9 0-5,1 6,1 1,6 0,05 5 10 0-2,7 6,1 1,1 0,05 6 11 0-1,3 6,1 0,97 0,05 Os dados apresentados são uma média de três testes realizados para a obtenção da informação de como variam as características da água coagulada e decantada com a adição da água do SRAL sem a sedimentação e diminuindo-se a dosagem do agente coagulante. A adição da água do SRAL ocorreu logo após a coagulação da água bruta. O teste foi realizado em jarros de 2 L e o gradiente de velocidade de 900 s -1 por 1 minuto na mistura rápida e 50 s -1 por 15 minutos na etapa de floculação. A taxa de aplicação para a decantação foi de 80 m 3 /m 2.dia. A quantidade de água do SRAL utilizada foi de 30 ml. Isto representa 1,5 % do volume do jarro de teste. Esta porcentagem foi obtida através de uma média de volume de água recirculada na ETA Guaraú. Verificou que trabalhando-se com a água do SRAL sem a sedimentação, pode-se diminuir a dosagem do agente coagulante, obtendo-se uma baixa turbidez na água decantada. Devido o altíssimo consumo de sulfato de alumínio na ETA Guaraú, é fato trabalhar com o valor do Potencial Zeta da água coagulada com valores de aproximadamente -5 mv. APLICAÇÃO DOS RESULTADOS OBTIDOS NOS ENSAIOS A aplicação dos resultados obtidos nos ensaios de Jar-Test na ETA Guaraú foi dada através da instalação de um aparelho de medição de cargas (Potencial Zeta contínuo), conforme mostra o fluxograma da estação de tratamento, monitorando o P.Z. da água coagulada, mantendo-o constante. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1095
DISCUSSÕES E CONCLUSÃO Com a adição de flocos, previamente formados, na etapa de coagulação da água bruta, tendese a uma redução na dosagem de coagulante ao tratamento. Isto se verifica através da redução do Potencial Zeta da água coagulada mantendo a turbidez da água decantada. Pode-se verificar este fato através da comparação das tabelas 3 e 7. No ensaio realizado com a água do SRAL sem a sedimentação percebe-se nitidamente que os flocos formados possuem uma maior quantidade de massa, sendo que a decantação resulta em uma grande quantidade de lodo. Por isso deve-se otimizar o processo. O aparelho P.Z. contínuo mencionado não informa o Potencial Zeta da água que está recebendo. Ele apenas indica a variação da carga em termos de porcentagem, ajustando-a ao nível de carga (Potencial Zeta) previamente levantado sob as condições ideais, obtidas nos ensaios de Jar-Test verificados na primeira fase dos testes mencionados anteriormente. Através dos testes realizados obteve-se uma redução em termos de 10% na dosagem de sulfato de alumínio. No caso da ETA Guaraú esta redução é expressamente significativa, tendo o retorno financeiro garantido pela análise de custo-benefício. Tabela 8 - Dosagem média de sulfato de alumínio e o seu respectivo consumo mensal, bem como o custo médio do produto no mês. MESES / 96 DOSAGEM ( mg/l ) CONSUMO ( ton ) CUSTO MÉDIO ( R$ / ton ) Janeiro 14,5 2.885,428 90,00 Fevereiro 12,9 2.460,406 110,00 Março 13,8 2.747,537 80,00 Abril 9,3 1.844,167 80,00 Maio 10,3 2.104,089 90,00 Junho 10,5 2.066,688 100,00 Julho 9,5 1.930,955 80,00 Agosto 7,9 1.396,135 90,00 Setembro 8,4 1.620,684 90,00 Outubro 8,7 1.723,553 80,00 Novembro 9,4 1.827,930 80,00 Dezembro 9,5 1.907,841 80,00 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Técnicas recentes de controle da coagulação-floculação - Técnica de Abastecimento e tratamento de Água, Faculdades de Saúde Pública; Universidade de São Paulo; Companhia Estadual de Tecnologia de Saneamento Básico e de Controle da Poluição das Água., V(II), 1974. 2. Azevedo Neto, J. M. - Experiência brasileira no projeto de misturadores rápidos. Experiência brasileira no projeto de floculadores - Manual do Curso de Técnicas Avançadas de Tratamento de Água: Experiência Brasileira de Projetos, 1972. 3. Di Bernardo,L. - Métodos e Técnicas de Tratamento de Água, ABES, V(I), 1993. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1096
4. Amirtharajah,A. & Mills,K.M. - Rapid-Mix Design for Mechanisms of Alum Coagulation, V(74), n.4, April 1982, USA. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1097