ESTUDO DE TRATABILIDADE PARA DEFINIÇÃO DE PARÂMETROS DE DIMENSIONAMENTO DE UMA FUTURA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA PARA A REGIÃO METROPOLITANA DE FORTALEZA Manoel do Vale Sales (*) Engenheiro Civil pela Universidade Federal do Ceará, mestre em Saneamento pela Universidade Federal da Paraíba, gerente de produção de água da Companhia de Água e Esgoto do Ceará e estudante de doutorado em Recursos Hídricos pela UFC. Luiz Di Bernardo Escola de Engenharia de São Carlos Universidade de São Paulo. Francimeyre Freire Avelino Universidade Federal do Ceará. Valter Lúcio de Pádua Universidade Federal de Minas Gerais. Endereço (*): Companhia de Água e Esgoto do Ceará Av. Dr. Lauro Vieira Chaves, 1030, Aeroporto CP 1158 Fortaleza Ceará Brasil CEP: 60420-280 Tel: 55 (85) 275-2828 Fax: 55 (85) 275-2828. e-mail: msales@cagece.com.br RESUMO O presente trabalho mostra um estudo de tratabilidade que teve como objetivo apontar alternativas possíveis, estudando-as e comparando-as técnica e economicamente, para em seguida escolher a melhor solução para o projeto da futura estação de tratamento de água para a Região Metropolitana de Fortaleza/Brasil. Para isso, ensaios de bancada e de instalação piloto foram realizados com a água a ser tratada no intuito de melhor embasar tecnicamente o projeto e oferecer maior segurança para a escolha da melhor opção. A dupla filtração e a flotação foram apontadas como alternartivas de tratamento de água mais adequadas devido a experiência da filtração direta no estado do Ceará que tem demonstrado, em muitos casos, extrema dificuldade para o atendimento aos Padrões de Potabilidade atuais. A água dos mananciais da região possui elevadas concentrações de algas e para se obter uma eficiência satisfatória utilizando-se a filtração direta, muitas vezes é necessária a utilização de pré-oxidação, o que pode ocasionar a formação excessiva de subprodutos ou liberação de toxinas de algas. Os resultados mostraram que os coagulantes indicados para o tratamento por dupla filtração e flotação para a água estudada foram o hidroxi-cloreto de alumínio e o sulfato de alumínio, respectivamente, apresentando melhores resultados quando associados a polímeros. Entre as tecnologias apontadas como alternativas para adoção de uma futura estação de tratamento de água para Região Metropolitana de Fortaleza, do ponto de vista técnico e econômico, a dupla filtração mostrou-se a melhor solução. Como a qualidade da água varia com o tempo e para que os estudos não sejam baseados apenas numa única análise, recomenda-se repetições dos ensaios em diferentes épocas do ano. PALAVRAS-CHAVE Estudo de tratabilidade, ensaios de bancada, instalação piloto, dupla filtração, floto-filtração. INTRODUÇÃO Para melhorar tecnicamente os projetos de estações de tratamento de água e oferecer maior segurança para a escolha das melhores opções e parâmetros de projeto é necessário a realização de ensaios de bancada e de instalação piloto com a água a ser tratada. Devido ao grande número de parâmetros que precisam ser otimizados nos processos e operações unitárias envolvidos no tratamento de água, a realização de ensaios preliminares em bancada possibilita restringir os parâmetros de interesse e a faixa de variação dos mesmos, o que torna mais ágil e menos onerosa a investigação experimental nas instalações-piloto. É inegável que os ensaios de bancada apresentam limitações, principalmente relacionadas à obtenção de informações relativas ao comportamento hidráulico das
unidades de tratamento, mas o connhecimento dessas limitações possibilita interpretar corretamente os resultados e fazer bom uso deles. O aprimoramento do projeto pode ser conseguido com a utilização de instalações-piloto com escoamento continuo. Os parâmetros otimizados neste tipo de instalação podem ser transpostos para as unidades em escala real, além de permitir o aprofundamento em questões relacionadas ao comportamento hidráulico das unidades de tratamento, tais como o estudo de curtos-circuitos hidráulicos e a evolução da perda de carga nas unidades de filtração. O presente trabalho mostra um estudo de tratabilidade que teve como objetivo apontar alternativas possíveis, estudando-as e comparando-as técnica e economicamente, para em seguida escolher a melhor solução para o projeto da futura estação de tratamento de água para a Região Metropolitana de Fortaleza/Brasil. CONSIDERAÇÕES INICIAIS Dadas as características hidrogeológicas particulares do Nordeste brasileiro, com solos rasos e de baixa capacidade de retenção de umidade, carência de rios perenes, elevada incidência solar e chuvas com distribuição temporal e espacial irregular, a maioria dos sistemas de captação encontrados nesta região envolvem o armazenamento em açudes, durante as estações úmidas, de praticamente toda água utilizada em períodos de estiagem. Os açudes acabam funcionando como decantadores naturais, viabilizando, em muitos casos, o tratamento da água por filtração direta. No entanto, essa característica benéfica dos açudes provocam uma desvantagem considerável: os açudes funcionam com zona de depósitos de sedimentos que, em muitos casos, atuam com fornecedores de nutrientes. Isso, somado à intensa insolação da região, tem favorecido a eutrofização de vários açudes da região. Os processos de eutrofização podem ser acelerados pela irregularidade da distribuição das chuvas. Vários açudes da região passam anos sem ter suas águas renovadas e tem sido observado que quanto maior o tempo de residência da água nos açudes, mais intensos são os processos de eutrofização. O açude Gavião encontra-se no nível de alerta 2, segundo Chorus & Bartram (1999) apud Ferreira (2003), que é caracterizado pela confirmação de uma floração de cianobactérias, causando problemas na qualidade da água. Diversos autores propõem parâmetros gerais que podem ser utilizados como critério de pré-seleção da tecnologia de tratamento a ser adotada numa estação de tratamento de água em função da qualidade da água bruta. Observa-se, contudo, que não há consenso em relação aos valores dos parâmetros que limitam a possibilidade de emprego das diversas tecnologias. Para o caso específico da água dos mananciais que abastecem a Região Metropolitana de Fortaleza, utilizou-se a experiência que a Companhia de Água e Esgoto do Ceará tem sobre o tratamento dessas águas. Segundo recomendações da própria companhia, o estudo deveria limitar-se a tecnologias que não utilizem sedimentação, haja vista que normalmente os flocos formados nessas águas apresentam uma baixíssima velocidade de sedimentação. Por outro lado, a adoção da filtração direta como tecnologia de tratamento seria uma medida arriscada. Mesmo em épocas em que o nível trófico das águas pode ser classificado como oligotrófico, uma eficiência satisfatória da coagulação pelo mecanismo de adsorção/neutralização parcial de cargas, utilizado na filtração direta, somente é atingida com a utilização de um pré-oxidante. Atualmente, já são bastantes conhecidos os inconvenientes que a oxidação de água bruta pode acarretar. Dessa forma, foi decido que o estudo se resumiria à comparação entre a dupla filtração e a flotação por ar dissolvido. As principais vantagens da dupla filtração, quando comparada com a filtração direta, são: permite o tratamento de água com pior qualidade; possibilita o uso de taxas de filtração mais elevadas no filtro ascendente; oferece maior segurança do ponto de vista operacional em relação às variações bruscas de qualidade da água bruta; a remoção global de microrganismos é maior, aumentando a segurança em relação à desinfeção final e não há necessidade do descarte do efluente do filtro ascendente no início da carreira de filtração, pois essa água será filtrada no filtro descendente. A escolha dos coagulantes e das tecnologias de tratamento que seriam estudadas foram também baseadas em literatura especializada.
Brandão et al (2003) apud Di Bernardo et al (2003) realizaram pesquisas com água caracterizada pela turbidez inferior a 7,0uT e com presença de algas (clorofila-a entre 10 e 20µg/L, com número de indivíduos da ordem de 10 4 /ml), e concluíram que a operação dos filtros ascendentes de pedregulho sem execução de descarga de fundo intermediária (DFI), com o uso de taxas de filtração baixas (60 a 90m 3 m -2 d -1 ) promoveu a rápida deterioração da qualidade da água filtrada, consequentemente a redução da carreira de filtração. Os autores afirmam ainda que filtro de pedregulho com camada de topo mais grossa, operando com DFI precedidos com lavagem de ar e água, controlou a qualidade do efluente do filtro ascendente de pedregulho, promoveu aumento de 12h da duração da carreira. O emprego de hidroxi-cloreto de alumínio como coagulante favoreceu ao aumento do intervalo entre DFI nos filtros de pedregulho. Dessa forma, a dupla filtração em pedregulho e em areia é uma tecnologia de grande potencial no tratamento de água com algas. Na tabela 1 mostra-se parâmetros gerais sugeridos por Di Bernardo et al (2003) que podem ser utilizados como critérios de pré-seleção da filtração rápida a ser adotada numa ETA em função da qualidade da água bruta. Tabela 1. Parâmetros de qualidade da água bruta sugeridos para as tecnologias de filtração rápida (Di Bernardo et al, 2003). Tecnologia de tratamento Características da água bruta Turbidez (ut) Dupla filtração Dupla filtração Filtração direta Filtração direta (Pedregulho + (Areia grossa + descendente ascendente areia ou CD ) areia ou CD ) 90% 10 90% 10 90% 100 90% 50 95% 25 95% 25 95% 150 95% 100 100% 100 100% 100 100% 200 100% 150 90% 20 90% 20 90% 50 90% 50 95% 25 95% 25 95% 75 95% 75 Cor verdadeira (uc) 100% 50 100% 50 100% 100 100% 100 Sólidos em suspensão 95% 25 95% 25 95% 150 95% 100 (mg/l) 100% 100 100% 100 100% 200 100% 150 Coliformes totais (NMP/100mL) E. coli (NMP/100mL) Densidade de algas (UPA/mL) 1000 (1) 1000 (1) 5000 (1) 5000 (1) 500 (1) 500 (1) 1000 (1) 1000 (1) 500 500 1000 1000 Taxa de filtração (m 3 m -2 d -1 ) 200-600 160-240 FAP: 80-180 FAAG: 120-240 FRD: 180-600 (2) FRD: 200-600 (2) N o de DFI durante a carreira de filtração dos filtros NA 2 4 4 ascendentes Taxa de aplicação de água na interface durante as DFI (m 3 m -2 d -1 ) NA 600 600 600 Legenda: DFI descarga de fundo intermediária; FAAG filtro som escoamento ascendente em areia grossa; FAP filtro com escoamento ascendente em pedregulho; FRD filtro rápido descendente; CD camada dupla de antracito + areia; NA não se aplica. Notas: 1. Limites mais elevados podem ser adotados com o emprego de pré-desinfecção. 2. As taxas de filtração mais elevadas nessa faixa são aplicáveis somente quando é utilizado meio filtrante de dupla camada. Creaenenbroeck et al (1993) apud Chen et al (1998) utilizando sulfato de alumínio ou hidroxi-cloreto de alumínio como coagulante na flotação por ar dissolvido observou que mais de 80% de 18 tipos diferentes de algas foram removidos. Edzwald (1990), citado no mesmo trabalho, destacou a eficiência de remoção de Chlorella bulgaris quando utilizado sulfato de alumínio ou cloreto férrico como coagulantes e Tseng (1996) relatou a
eficiência de remoção de Microcystis aeruginosa e Chlorella bulgaris quando utilizado especificamente sulfato de alumínio. Ressalta-se que na flotação a remoção de algas ocorre minimizando-se a ocorrência de lise celular, fato que diminui sensivelmente a possibilidade de liberação de toxinas, caso sejam produzidas. Luiza et al (2003) em estudos com hidroxi-cloreto de alumínio no tratamento de água por filtração direta utilizando a água do presente trabalho, concluíram que a basicidade do coagulante exerce influência na qualidade da água produzida. Os autores perceberam, por exemplo, que sob as mesmas condições de coagulação (dosagem de 5mg/L) o hidroxi-cloreto de alumínio com basicidade de 18% reduziu a turbidez remanescente para 0,35uT, enquanto comparado com o mesmo tipo de coagulante com basicidade de 8% a turbidez resultante foi de 0,60uT. Observaram ainda, que a coagulação com o tipo de coagulante mencionado com basicidades de 8 e18% foi mais eficiente a valores de ph mais baixos. MATERIAIS E MÉTODOS A água de estudo foi proveniente do sistema composto pelos açudes Pacajus, Pacoti, Riachão e Gavião, responsável pelo abastecimento de água da região metropolitana de Fortaleza. O estudo de tratabilidade obedeceu às seguintes etapas: 1 a etapa ensaios de bancada e 2 a etapa ensaios em instalação piloto. Para as determinações de turbidez foi utilizado um turbidímetro de bancada da HACH, modelo 2100P. A cor aparente foi medida utilizando-se espectrofotômetro da HACH, modelo DR/2000, operando em comprimento de onda de 455nm. A matéria orgânica foi determinada segundo Rodier (1990) e para os demais parâmetros analisados, seguiu-se os métodos descritos em APHA (1992). 1 a etapa Ensaios de bancada Os ensaios de bancada foram realizados em jarteste associado a filtros de bancada para simulação da filtração direta e flotateste para ensaios de flotação. Ambos os equipamentos possuíam seis frascos de acrílico e seis paletas com 75 x 25mm. O volume útil dos frascos e pontos de tomada de amostra do jarteste e do flotateste eram respectivamente iguais a 2L e 7cm e 1L e 5cm. A filtração foi simulada em filtros de bancada constituídos de areia similares aos apresentados por Rebouças et al (2003). Nesta etapa os coagulantes primários utilizados foram sulfato de alumínio PA com 14 a 16 moléculas de H 2 O (SA), sulfato de alumínio comercial com 18 moléculas de H 2 O, 0,3% de ferro e 14% de Al 2 O 3 (SAC), cloreto férrico PA com 6 moléculas de H 2 O (CF) e hidroxi-cloreto de alumínio (HCA) com massa específica de 1,36gr/mL, teor de Al 2 O 3 de 23% e basicidade medida como percentual de OH - de 18%. Um polímero sintético catiônico (FL 45 C da SNF Floerger) foi utilizado como auxiliar de coagulação na filtração direta e um polímero levemente catiônico (FO 4140 PWG do mesmo fabricante) como auxiliar de floculação na flotação. Os coagulantes foram preparados com concentração de 1% m/m e os polímeros FL 45 C e FO 4140 PWG a 0,1 e 0,02% m/m, respectivamente. Todos as soluções de produtos químicos utilizados nesta etapa foram preparadas com água destilada. Ensaios em jarteste - Simulação da filtração direta Após a caracterização da água bruta foram realizados ensaios de coagulação e filtração variando-se as dosagens dos coagulantes primários SA (5 a 30mg/L), CF (5 a 30mg/L) e HCA (5 a 17,5mg/L) e o gradiente de velocidade médio de mistura rápida (600, 800 e 1000s -1 ). Em seguida, com as dosagens e o gradiente de mistura rápida otimizados, foi empregado o polímero como auxiliar de coagulação (0,5 a 2,5mg/L). Com a dosagem de polímero otimizada, variou-se novamente as dosagens dos coagulantes estudados: SA (4 a 22,5mg/L), CF (5 a 17,5mg/L) e HCA (2 a 10mg/L). O tempo de mistura rápida em todos os experimentos desta fase foi igual a 60s; quando se utilizou polímero, este foi adicionado 50s após a adição do coagulante. Após a mistura rápida, o gradiente de velocidade médio foi reduzido a 100s -1 e iniciou-se a filtração nos filtros de bancada constituídos de areia com granulometria variando de 0,42mm a 0,59mm, especificada por Rebouças et al, 2001 (trabalho não publicado). Decorridos 10min de filtração as amostras eram coletadas e caracterizadas quanto a turbidez e cor aparente. O ph de coagulação era medido das amostras antes da filtração.
Ensaios em flotateste - Simulação da flotação As dosagens de coagulantes primários foram: SAC (40 a 80mg/L), CF (20 a 50mg/L) e HCA (20 a 50mg/L). Inicialmente fixou-se a dosagem de polímero em 0,2mg/L. No passo seguinte fixou-se a melhor dosagem de cada coagulante e variou-se a dosagem de polímero (0,1, 0,2, 0,3, 0,4 e 0,5mg/L). Os seguintes parâmetros foram adotados: tempo de mistura rápida de 60s (polímero adicionado 50s após a adição do coagulante); rotação média das palhetas durante a mistura rápida de 300 rpm; tempo de floculação de 10min; rotação média da floculação de 30 rpm, velocidade ascensional média dos flocos de 10cm/min e taxa de recirculação de 10%. Posteriormente foram realizados ensaios adotando-se as dosagens de coagulante e de polímero otimizadas, alterando-se a rotação de mistura rápida (200, 300 e 400 rpm), rotação de mistura lenta (20, 30 e 40 rpm), velocidade ascensional dos flocos (10, 15 e 20cm/min) e a taxa de recirculação (5, 10 e 15%). Com todas as condições otimizadas a filtração foi simulada em filtros de bancada constituídos de areia com granulometria de 0,42-0,59mm, 0,60-0,71mm e 0,71-0,85mm. As amostras foram filtradas durante 10min e após 5min de filtração foi avaliado a vazão de filtração de cada filtro. As amostras foram caracterizadas quanto a turbidez, cor aparente e ph. 2 a etapa Ensaios em instalação piloto A experiência da filtração direta no estado do Ceará tem demonstrado a extrema dificuldade de atendimento aos padrões de potabilidade atuais quando se utiliza esta tecnologia para o tratamento da água estudada. Tal água possui valores elevados de concentração de algas, impossibilitando o tratamento com dosagens compatíveis às normalmente utilizadas em ETA com filtração direta, sendo necessário a pré-oxidação para atingir certos parâmetros exigidos pela legislação brasileira, o que em muitas situações pode ocasionar a formação excessiva de subprodutos ou liberação de toxinas de algas. Nessas condições, a dupla filtração e a flotação podem ser consideradas alternativas mais adequadas. O tipo e dosagem de coagulantes e de polímeros utilizados nesta etapa resultaram dos ensaios de bancada. As concentrações dos produtos químicos utilizados nesta etapa foram preparados de acordo com as limitações das bombas dosadoras. Nos ensaios de dupla filtração o coagulante e o polímero foram preparados com concentração de 0,3 e 0,1% m/m, respectivamente. Na floto-filtração o coagulante foi preparado a 2% m/m e o polímero a 0,01% m/m. Todos os produtos químicos utilizados nesta etapa foram preparados com água tratada da ETA Gavião. Estudos realizados com a água do presente artigo, Avelino et al (2003) observaram que a concentração e a qualidade do solvente utilizados no preparo dos coagulantes não influênciaram de modo significativo a qualidade da água final. Ensaios de dupla filtração A instalação piloto utilizada com escoamento contínuo é composta por uma unidade de mistura rápida mecanizada e por quatro unidades de dupla filtração, que possuía filtração ascendente em pedregulho e areia grossa seguida da filtração rápida descendente em areia. Na figura 1 tem-se a representação esquemática da unidade de dupla filtração e na tabela 1 consta a especificação do meio granular dos filtros ascendentes e descendentes. As unidades 2 e 4 recebiam 2,0mg/L de cloro entre os filtros ascendentes e descendentes. Nos filtros ascendentes 3 (A3) e 4 (A4) foram efetuadas descargas de fundo intermediárias (DFI) a cada 8h com duração de 30s. As taxas de filtração utilizadas nos filtros ascendentes e descendentes foram respectivamente 325 e 180m 3. m -2.d -1. A taxa de descarga de fundo foi de 800m 3. m -2.d -1. Para estimar a produção de lodo gerado na futura estação, foi realizada a determinação de sólidos suspensos da água de lavagem de filtros e das DFI. Os parâmetros verificados a cada três horas durante os ensaios foram turbidez, cor aparente, ph, vazão, perda de carga e dosagem dos produtos químicos. As carreiras de filtração foram limitadas nos filtros ascendentes e descendentes respectivamente a 2,1 e 1,75m de perda de carga devido a limitações da instalação. Ensaios de floto-filtração A instalação piloto de floto-filtração utilizada na pesquisa era composta basicamente por uma câmara de saturação, uma unidade de mistura rápida mecanizada, bombas dosadoras para aplicação de produtos químicos e bomba de recalque de água bruta, uma unidade de floculação em meio granular de seção retangular com as paredes construídas em acrílico transparente com 0,23 x 0,245m de área e 2m de altura e um filtro em acrílico transparente com mesma altura e seção da unidade de floculação. O sistema de recirculação e dissolução de ar era constituído de
um conjunto moto-bomba para pressurização da água de recirculação, uma câmara de saturação que recebia ar de um compressor e um dispositivo de despressurização que era responsável também pela mistura da recirculação com a água floculada afluente à câmara de flotação. A pressão na câmara de pressurização era mantida em 500 ± 10 kpa e a vazão de recirculação em 10%. A taxa de filtração adotada foi de 220m 3 m -2.d -1, considerando-se a vazão de recirculação. Na figura 2 tem-se a representação esquemática da unidade de floto-filtração. A instalação possui algumas limitações hidráulicas, o que impossibilitou a otimização da floculação e uma análise completa da duração das carreiras de filtração. Os ensaios realizados nesta instalação tiveram caráter qualitativo, visando principalmente verificar a potencialidade do uso desta tecnologia como alternativa de tratamento para a nova ETA. Tabela 2 Especificação da areia dos filtros da instalação piloto de dupla filtração. Filtro Material Subcamadas Espessura total (m) Tamanho dos grãos (mm) Primeira 10 25,4-19,0 Segunda 10 12,7-19,0 Ascendente Camada suporte Terceira 10 6,4 12,7 Quarta 15 3,2 6,4 Quinta 7,5 6,4 12,7 Sexta 7,5 12,7 19,0 Areia Tamanho efetivo: 0,56mm 0,7 1,05-2,4 Descendente Areia Tamanho efetivo: 0,56mm 0,7 0,42-1,41 Figura 1 Esquema da instalação piloto de dupla filtração.
Figura 2 Esquema da instalação piloto de floto-filtração. DISCUSSÃO DOS RESULTADOS A água em estudo foi monitorada durante a investigação experimental e a tabela 3 mostra as variações máximas e mínimas do parâmetros determinados. 1 a etapa Ensaios de bancada Tabela 3 Características da água bruta Parâmetro Valor Turbidez (ut) 6,8 a 11,9 Cor aparente (uh) 92 a 156 Cor verdadeira (uh) 14 a 16 ph 7,3 a 7,6 Oxigênio consumido (mg O 2 /L) 7,4 a 7,8 Alcalinidade total (mg CaCO 3 /L) 38,0 a 44,1 Temperatura ( o C) 27 a 28 Concentração de algas (ind/ml) 4 x 10 5 a 5 x 10 5 Sólidos suspensos totais (mg SST/L) 7,0 a 7,2 Nos ensaios com filtração direta onde variou-se o tipo de coagulante e o gradiente de velocidade médio de mistura rápida, percebeu-se que o HCA foi mais eficiente na remoção de turbidez e cor aparente. Com a dosagem de 10mg/L e gradiente igual a 800s -1, por exemplo, os pares de turbidez e cor aparente obtidos com o uso do HCA, SA e CF foram iguais a 0,9uT e 20uH, 1,6uT e 37uH e 1,9uT e 56uH, respectivamente. Quanto à mistura rápida, não se observou diferença na qualidade da água filtrada com o incremento do gradiente de velocidade. Com os gradientes de 600, 800 e 1000s -1, o desvio padrão médio da turbidez remanescente apresentados com o HCA, SA e CF foram respectivamente 0,06, 0,10 e 0,05. Trabalho desenvolvido por Avelino (2003) com a água estudada, revela que nas condições de mistura rápida, o tempo de mistura exerceu papel mais relevante do que o gradiente na qualidade da água filtrada, tendo-se observado em geral que os melhores resultados foram obtidos nos ensaios com tempo de 90s.
O uso de polímero como auxiliar de coagulação mostrou-se eficiente para melhoria da qualidade da água filtrada. As dosagens de coagulante e de polímero otimizados e os valores de turbidez e cor aparente remanescentes são mostrados na tabela 3. O gradiente de mistura rápida adotado foi 800s -1. Tabela 4 Dosagens de coagulante e de polímero otimizados e valores de turbidez e cor aparente remanescentes com e sem polímero. Tipo de Dosagem de Dosagem de Turbidez remanescente (ut) Cor aparente remanescente (uh) Coagulante coagulante polímero (mg/l) (mg/l) Sem polímero Com polímero Sem polímero Com polímero HCA 10 2,0 0,90 0,60 20 16 SA 15 2,5 1,1 0,40 16 13 CF 15 2,5 1,5 0,95 73 27 Quanto aos ensaios de flotação, o HCA e o SAC mostraram-se eficientes no tratamento por flotação, porém levando em consideração não somente a qualidade da água produzida, mas também o custo dos produtos químicos, o SAC apresentou-se como coagulante mais adequado. A dosagem de coagulante SAC e de polímero FO4140 otimizados foram 70 e 0,4mg/L, respectivamente. Quanto às condições de mistura rápida, observou-se uma melhora na qualidade da água filtrada com o incremento da rotação. Com a rotação de 200, 300 e 400rpm, a turbidez remanescente resultante foi de 1,8, 1,4 e 1,1uT, respectivamente, e a cor aparente remanescente também respectivamente, foi igual a 11, 9 e 6uH. Em relação a rotação e o tempo de floculação, não se observou tendência de melhora na água produzida. Em todos os casos a diferença de turbidez foi da ordem de 0,1 e 0,2. Contudo, adotou-se rotação de 20 e tempo igual a 10min para as etapas posteriores. A velocidade ascensional que resultou na menor turbidez foi 10cm/min, mas ressalta-se que a diferença não foi significativa, tendo-se obtidos os valores de 1,5, 1,7 e 1,7uT, respectivamente, para as velocidades de 10, 15 e 20cm/min. A turbidez e a cor aparente remanescentes obtidos com as taxas de recirculação de 5, 10 e 15% foram iguais a 1,3, 1,3 e 1,8uT e 20, 18 e 17uH, respectivamente. As duas primeiras taxas de recirculação não apresentaram diferenças significativas, porém para se ter maior confiabilidade dos resultados e levando em consideração as limitações da instalação piloto que seria utilizada a seguir durante o estudo, a taxa igual a 10% foi adotada. A filtração nos filtros de bancada com granulometria de 0,42-0,59, 0,60-0,71 e 0,71-0,85mm, a turbidez remanescente média foi de 0,30, 0,35 e 0,40uT, respectivamente, a cor aparente em todos os casos foi igual a 2uH e a vazão foi de 24, 40,5 e 51mL/min, respectivamente. O ph da água flotada variou de 6,3 a 6,5. 2 a etapa Ensaios em instalação piloto O coagulante primário adotado nos ensaios na instalação piloto de dupla filtração foi o HCA com dosagem de 10mg/L utilizando 2,0mg/L de polímero como auxiliar de coagulação. As taxas de filtração média foram de 180m 3 m -2 d -1 para os filtros ascendentes e de 325m 3 m -2 d -1 para os filtros descendentes, em que a amplitude de variação foi de 2,0 a +9,0%. A figura 3 apresenta o tempo de duração das carreiras de filtração e a figura 4 a perda de carga de encerramento nas unidades de filtração da instalação piloto de dupla filtração. As carreiras foram encerradas devido ter-se atingido o limite máximo de perda carga da instalação, apesar de que a água produzida em termos de turbidez e cor aparente, permanecia de acordo com os Padrões de Potabilidade vigentes no Brasil. Na unidade 4 houve obstrução do piezômetro, com isso a leitura da perda de carga apresentou um resultado incoerente. Percebe-se que as unidades em que DFI foram aplicadas houve aumento de 40% na duração da carreira. Ressalta-se que o aumento da granulometria do meio filtrantes de ambos os filtros é possível prever carreiras com duração de pelo menos 48h. Com base nos resultados pode-se ainda prever aumento em torno de 12h da carreira de filtração, desde que sejam adotadas descargas de fundo no filtro ascendente a cada 8h. Com base em trabalhos desenvolvidos com a água estudada, verificou-se que a taxa de filtração dos filtros ascendente devem ser de 180 a 240m 3 m -2.d -1 e nos filtros descendentes de 280 a 320m 3 m -2.d -1 Com essas taxas é possível a obtenção de carreiras de filtração com duração razoável e produção de água filtrada com qualidade satisfatória. Com essas medidas, pretende-se reduzir a velocidade de crescimento da perda de carga nos filtros ascendentes. A turbidez remanescente dos filtros ascendentes durantes todas as carreiras variaram em média de 0,40 a 0,55uT e a cor aparente remanescente de 3 a 12uH. Os filtros descendentes que não foram submetidos a descagas de
fundo intermediária, a turbidez remanescente foi de 0,40 a 0,50uT no filtro sem inter-cloração e 0,30 a 0,40uT no filtro com inter-cloração. A cor aparente remanescente nos respectivos filtros foi de 9 a 11uH e 1uH. No filtro com dercarga de fundo intermediária sem inter-cloração a turfidez e a cor aparente remanescentes foi igual a 0,40uT e 1uH, respectivamente. Nos filtros com descarga de fundo intermediária e com inter-cloração a turbidez remanescente foi de 0,35 a 0,40uT e a cor aparente remanescente variou de 3 a 10uH. O ph de coagulação esteve entre 7,3 e 7,5. Tempo de funcionamento (h) 18 18 31 30 Perda de carga (m) Filtro ascendende 2,0 2,1 0,2 0,2 Filtro descendente 2,1 1,6 0,9 0,4 1 2 3 4 Unidade de filtração Figura 3 Tempo de funcionamento (h) das unidades de filtração da instalação piloto de dupla filtração. 1 2 3 4 Unidade de filtração Figura 4 Perda de carga (m) de encerramento dos filtros ascendentes e dencendentes. Nos ensaios de floto-filtração as carreiras foram encerradas com 3h de duração devido as limitações da instalação. A turbidez da água floculada, flotada e filtrada variaram de 4,5 a 7,0, 1,7 a 1,4 e 0,3 a 0,4uT, respectivamente. Quanto à cor aparente remanescente para as mesmas amostras de água foi 39 a 70, 10 a 17 e 4 a 7uH, respectivamente. O ph de floculação foi de 6,4 a 6,5. Após 30min de funcionamento houve produção de 1,5cm de manta de logo. Pelos ensaios de floto-filtração, mesmo com caráter apenas qualitativo, pode-se considerar a viabilidade de taxas de flotação entre 180 e 220m 3 m -2.d -1 e taxa de recirculação de 10%. Apesar de a dosagem de coagulante ter sido relativamente alta, o residual de alumínio encontrado na água filtrada foi de 0,03mg Al/L. O valor máximo permitido na Portaria que estabelece o Padrão de Potabilidade vigente no Brasil é de 0,2mg Al/L. Quanto ao lodo produzido, a estimativa da massa seca nas descargas de fundo intermediária e lavagens dos filtros foi feita utilizando-se equação comprovada mundialmente (equação 1) a partir de dados de sólidos suspensos totais da água bruta e das dosagens de produtos químicos empregados. As figuras 5 e 6 mostram os valores de sólidos suspensos totais das DFI e das lavagens de filtro. Ms = Q. (D x 4,89 + SST + A). 10-3 (1) Onde: Ms: massa de sólidos gerados por dia (kg/d); Q: vazão de água por módulo de tratamento (2,5m 3 /d); D: dosagem do coagulante; SST: sólidos suspensos da água bruta; A: outros sólidos polímero. Considerando vazão de 2,5m 3 /s, a estimativa da produção média anual de lodo com densidade de 1,2Kg/L, dos sistemas de tratamento propostos para a primeira etapa da implantação da ETA são 11,2ton/dia na dupla filtração e 35,3ton/dia na floto-filtração. A tabela 5 monstra o levantamento de despesas das tecnologias propostas. Tendo em vista que ambas as tecnologias de tratamento utilizam coagulação química e apresentam similaridade em diversos aspectos considerados no cotejo das alternativas, admitiu-se que a composição das equipes operacionais seria idêntica, razão pela qual deixou-se de considerar o custo de pessoal na análise em curso. Apesar do custo de implantação da tecnologia de dupla filtração ser maior que a floto-filtração, a diferença é de apenas 6,4%, sob 34,5% dos demais parâmetros considerados no levantamento de custos para a floto-filtração.
Água bruta = 7,0mg SST /L Sólidos suspensos totais (mg SST/L) 775,0 1160,0 2a DFI 3a DFI Água de lavafgem de filtro 438,0 786,7 1036,7 Sólidos suspensos totais (mg SST/L) 336,0 14,9 A3 A4 Filtros Figura 5 Sólidos suspensos totais da água nas DFI. A1 A3 D3 Filtros Figura 6 Sólidos suspensos totais da água de lavagem de filtro. Tabela 5 Levantamento de despesas das tecnologias propostas. Parâmetros Tecnologias Dupla filtração Floto-filtração Despesas com disposição de lodo (1000 R$) 89,936 283,459 Energia elétrica anual (1000 R$) 193,32 446,38 Custos de implantação total (1000 R$)* 21,748 20,352 Despesas com produtos químicos (1000 R$)** 1341 1749 Nota: *Obras de terra/urbanização, fundações, estruturas, materiais, equipamentos e outros. **Coagulantes e polímeros. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES Os coagulantes indicados para o tratamento de dupla filtração e flotação para a água estudada foram o HCA e o SA, respectivamente, apresentando melhores resultados quando associados a polímeros; Entre as tecnologias de dupla filtração e flotação, estas apontadas como alternativas para adoção de uma futura estação de tratamento de água para Região Metropolitana de Fortaleza, no ponto de vista técnico e econômico, a dupla filtração mostrou-se a melhor solução. Como a qualidade da água varia com o tempo e para que os estudos não sejam baseados apenas numa única análise, recomendam-se repetições dos ensaios em diferentes épocas do ano. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APHA. (1992). Standard methods for the examination of water and wastewater. 18 a edição. Washington: American Public Health Association. Avelino, F. F. (2003). Ensaios de bancada para avaliar a influência do tipo de coagulante e das condições de mistura rápida na qualidade da água filtrada visando a filtração direta. 39 f. Trabalho de conclusão de curso (Graduação) Departamento de Química, Universidade Federal do Ceará, Ceará. Avelino, F. F., Nunes, L. M. S., Rebouças, G. P. e Pádua, V. L. (2003). Influência da concentração do coagulante e da qualidade do solvente na coagulação visando o tratamento de água por filtração direta. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 22., Joinville, Brasil. Set. Brasil. Ministério da Saúde. (2000). Normas e padrão de potabilidade das águas destinadas ao consumo humano. Normas regulamentadoras aprovadas pela Portaria 1469, Brasília, DF. 23 p. Chen, Y. M., Liu, J. C. e Ju, Y. Flotation removal of algae from water (1998). Colloids and surfaces, B: Biointerfaces, p. 49-55. Di Bernardo, L.; Di Bernardo, A. e Centrurione Filho, P. L. (2002). Ensaios de tratabilidade de água e dos resíduos gerados em estações de tratamento de água. São Carlos: RIMA. 241p. Di Bernardo, L. (coordenador). (2003). Tratamento de água para abastecimento por filtração direta, ABES, RiMa, Rio de Janeiro.
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