I-091 DESAGUAMENTO MECÂNICO POR FILTRO PRENSA DE PLACAS DE LODOS GERADOS EM ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA Ricardo Lazzari Mendes (1) Engenheiro Civil pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo (EESC/USP). Mestrando em Engenharia Hidráulica e Sanitária pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP). Engenheiro Consultor da ENGECORPS Engenheiros Consultores S/C Ltda. Sidney Seckler Ferreira Filho Engenheiro Civil pela Escola Politécnica da USP. Professor Assistente Doutor do Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo em Regime de Dedicação Exclusiva à Docência e Pesquisa. João Bosco Scian Químico pela Faculdade de Ciências e Letras de São Bernardo do Campo. Químico da Estação de Tratamento de Água do Rio Grande da Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo - SABESP. Endereço (1) : Rua Padre Antonio Tomaz, 262 apto 81 - Água Branca - São Paulo SP - CEP 05003-010 Brasil Tel.: (11) 3875 6145 - e-mail: rmendes@usp.br RESUMO A geração de resíduos durante o processo de tratamento de água, o seu tratamento e a disposição final, são problemas que vêm se agravando em regiões de alta densidade demográfica e vêm sendo estudados há vários anos por pesquisadores dos Estados Unidos e da Europa (AWWA,1996; FERREIRA FILHO et al,1997; GRANDIN,1992; WANG et al,1992; MONTGOMERY,1985). Esses resíduos quando descarregados diretamente em rios e lagos podem causar uma série de danos ao ambiente aquático e ao meio ambiente, além de agravar a escassez de recursos hídricos viáveis para o abastecimento, principalmente nas regiões metropolitanas onde, estes problemas, são incrementados pela crescente deterioração dos mananciais. O tratamento destes resíduos envolve várias etapas como o adensamento, o condicionamento e o desaguamento. Neste trabalho, foram desenvolvidos ensaios em escala piloto para a avaliação do desaguamento mecânico por filtro prensa de placas com diafragma de lodos gerados em uma Estação de Tratamento de Água. O lodo foi submetido previamente a adensamento mecânico por filtro de esteira. Além disso, buscou-se especificar possíveis parâmetros de projeto para esta alternativa. PALAVRAS-CHAVE: Tratamento de Água, Desaguamento, Condicionamento, Lodo de Estação de Tratamento de Água, Resíduos. INTRODUÇÃO O lodo produzido em ETA s é composto de argilas, siltes, areia fina, material húmico e microrganismos, bem como de produtos provenientes do processo de coagulação. Devido a esses fatores, os lodos formados por hidróxidos de alumínio e ferro são de difícil adensamento e desaguamento, sendo necessário o estudo de alternativas para o desenvolvimento de cada etapa. A escolha do sistema de desaguamento e a seleção do equipamento mais apropriado dependem das características do lodo a ser desaguado e das características exigidas pelo lodo seco, em vista do seu transporte e disposição final e se possível, cada equipamento deve ser avaliado através de ensaios. De acordo com GRANDIN et al (1993), os sistemas de secagem natural têm como principal vantagem a viabilidade econômica de implantação e operação, desde que haja área disponível a baixo custo. Os sistemas de desaguamento mecânico possuem vantagens como a menor área de implantação, a independência das condições meteorológicas e a minimização de alguns impactos ambientais. ABES Trabalhos Técnicos 1
O desaguamento mecânico por filtro prensa de placas envolve processos de filtração do lodo para a retirada de água, podendo ser analisado através de equações que relacionam perda de carga, espessura e porosidade da torta formada, massa específica das partículas de lodo, entre outros (FERREIRA FILHO et al., 1998). Com o rearranjo das expressões, chega-se a relações matemáticas que envolvem parâmetros de projeto como: teores de sólidos do lodo e da torta, a massa específica do lodo, a pressão aplicada e a área de filtração. MATERIAIS E MÉTODOS O lodo utilizado foi proveniente de decantadores com remoção semicontínua da ETA Rio Grande (ETA-Rio Grande), operada pela Companhia de Saneamento do Estado de São Paulo - SABESP. A concepção do processo de tratamento de água realizado na estação é o convencional, com a aplicação de sulfato férrico como coagulante. A Tabela 1 apresenta as características da água bruta afluente à ETA Rio Grande. Tabela 1 Características da água bruta afluente a ETA Rio Grande (SABESP, 2000) Parâmetro Unidade Valores Médios - Ano 2000 (Faixa de Variação) ph - 7,1 (6,9 7,6) Turbidez UNT 3,2 (2,3 5,5) Cor aparente UC 25 (20 30) 19,5 Alcalinidade Total mg/l CaCO 3 (17,0 23,4) Os ensaios foram conduzidos em equipamento piloto disponibilizado pelo fabricante (Netzsch), onde o lodo foi pré-condicionado com polímeros (Stockhausen Praestol) no recalque da bomba de alimentação. Para o pré adensamento foi utilizado o equipamento filtro de esteira (Degremont). A faixa de variação do teor de sólidos do lodo adensado compreendeu valores de 3,5% a 4,5%. No sistema de desaguamento foi utilizado polímero catiônico com alta carga e alto peso molecular e, no sistema de pré adensamento, aniônico de media carga e de médio peso molecular. A instalação montada para o desaguamento do lodo, apresentada na Figura 1, era constituída de uma bomba de lodo tipo deslocamento positivo que recalcava o lodo adensado para a câmara de filtração do filtro prensa, o sistema de preparo e aplicação da solução de polímero, o sistema diafragma de sobrepressão das câmaras de filtração e o equipamento mecânico de desaguamento propriamente dito, o qual era formado pelas câmaras de filtração e pelas placas diafragma conforme está representado esquematicamente na Figura 2. A aplicação de polímero no sistema de desaguamento se dava no recalque da bomba de lodo e era controlada pelo medidor de tamanho dos flocos o qual comparava as dimensões dos flocos formados aos estipulados no equipamento de controle geral. Para a realização dos ensaios, programava-se o equipamento de controle geral com os seguintes parâmetros: Pressão e tempo de alimentação de lodo adensado; Variação da pressão de alimentação de lodo adensado; Tempo de alimentação de lodo adensado na máxima pressão; Tamanho do floco a passar pelo medidor; Índice de sobrepressão do diafragma após a interrupção da alimentação do lodo adensado; 2 ABES Trabalhos Técnicos
Drenos Filtrado FILTRO PRENSA MEDIDOR DE TAMANHO DO FLOCO BOMBA DE SOLUÇÃO DE POLÍMERO BOMBA DE LODO Tanque de polímero Torta Figura 1 Esquema geral do sistema de Desaguamento Ponto de Amostragem Entrada do fluido de pressurização dos diafragmas fi Entrada central da suspensão fi Saída do filtrado Placa Placa Câmara Diafragma Figura 2 Esquema geral do filtro prensa de placas com diafragma. fl fl Para a realização de cada ensaio verificava-se: Reservatório e tanque auxiliar: volume de lodo adensado suficiente para o ensaio; Câmaras do filtro prensa: limpas; Reservatório de solução de polímero: volume de solução suficiente para o ensaio; Caixa de descarte: livre para receber a torta prensada. Com isso, acionava-se o sistema automático e dava-se início ao ensaio com a bomba alimentadora de lodo adensado preenchendo a câmara do filtro prensa. Retiravam-se amostras de lodo adensado e filtrado dos drenos com intervalos de 30 min, desde o início até o término do ensaio; as amostras eram coletadas com frascos plásticos de 200ml limpos, numerados e lavados com o material a ser amostrado no momento de coleta. O lodo era alimentado controlando a variação da pressão até o valor máximo programado, o qual permanecia por tempo limitado. Após este prazo, interrompiase a alimentação e iniciava-se a sobrepressão da câmara diafragma com o sistema hidráulico. Quando do término da sobrepressão, o canal central era aberto aliviando a pressão interna das câmaras. Logo após, iniciavase a abertura do filtro, placa por placa, desprendendo as tortas formadas. Eram retiradas amostras das tortas desprendidas. ABES Trabalhos Técnicos 3
APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS EXPERIMENTAIS Com os dados obtidos em cada ensaio foram produzidas tabelas de resultados conforme modelo apresentado na Tabela 2. Tabela 2 Planilha de coleta de dados e resultados típicos dos ensaios de desaguamento. Tempo Pressão Volume Teor de Peso Totais Totais filtração filtração filtrado Específico Alimentação Fixos Voláteis (min.) (bar) (lts.) (kg/l) Condicionamento Pressurizaçã o Filtrado Torta 165 12 620 4,53 67,05 32,95 1,0 8,2 Tipo de Polieletrólito Volume de solução Concentração da solução Consumo de Polieletrólito (g/kg) Praestol 644 BC 0,3% 25 Stockhausen 3 g/l 2,67 Tempo de Pressão Volume Pressurização (min.) (bar) Fator de Pressurização 50 15 51 0,77 em Teor de Volume Clarificado Suspensão (mg/l) 0,048 3,3 545 Teor de Peso Específico Peso Total (kg/l) (kg) 30,57 1,28 96 75 ph Volume Produzido Além disso, foram calculados os teores de sólido do lodo adensado alimentado, do filtrado e da torta produzida, sólidos em suspensão do filtrado, sólidos totais voláteis e totais fixos, e determinados valores de ph e peso específico. A Tabela 3 apresenta o resumo dos resultados dos ensaios de desaguamento mecânico realizados. 4 ABES Trabalhos Técnicos
Tabela 3 Resumo dos resultados do sistema de desaguamento Ensaio ph Filtrado em Suspensão (mg/l) Teor de Voláteis Teor de Torta Voláteis Peso Específico (kg/l) Consumo de Polímero (g/kg) 1 7,9-0,06 65,69 28,24 28,76 1,25 2,03 2 7,5 6,00 0,04 65,27 32,32 34,32 1,28 1,77 3 7,7 4,00 0,05 70,46 28,95 34,18 1,22 2,10 4 7,9 8,00 0,05 51,99 31,11 29,42 1,27 2,07 5 8,0 7,33 0,05 44,07 28,25 29,58 1,27 2,31 6 7,7 9,33 0,05 66,48 27,21 29,75 1,24 2,41 7 7,9 5,33 0,05 60,73 25,99 30,31 1,26 2,24 8 7,3 8,00 0,05 50,27 27,92 30,23 1,27 2,47 9 7,3 4,00 0,04 49,99 28,39 30,25 1,26 2,43 10 7,6 6,67 0,04 50,86 21,44 31,41 1,22 2,00 11 7,6 7,33 0,05 35,70 29,59 29,93 1,28 2,50 12 7,7 4,00 0,04 50,65 29,78 30,75 1,30 2,62 13 7,5 4,67 0,05 54,84 28,88 31,15 1,27 2,60 14 7,8 3,33 0,05 58,84 30,57 31,77 1,28 2,67 A Figura 3 apresenta resultados de desaguamento com os teores de sólido do lodo de alimentação, do filtrado e da torta produzida. Pode-se observar que os valores determinados de teor de sólidos das tortas encontram-se próximos de 30 %, o que representa boa desidratabilidade do lodo. ENSAIOS DE DESAGUAMENTO 35% 30% Teor de sólidos 25% 20% 15% 10% 5% 0% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Alimentação Filtrado Torta Figura 3 Valores obtidos de teores de sólidos do lodo de alimentação, do filtrado e da torta produzida nos ensaios de desaguamento. Os critérios operacionais e os resultados dos ensaios indicam que, para um bom desaguamento, a pressão de alimentação de lodo deve ser mínima de 12 bar e o tempo de alimentação de lodo na câmara de filtração não deve ser inferior a 160 min. Na maioria dos ensaios, as tortas se apresentaram compactas e secas, e com uma boa soltura dos elementos de filtragem (telas de revestimento das câmaras), sendo explicado pelo baixo valor de sólidos voláteis (Figura 4). ABES Trabalhos Técnicos 5
Voláteis da Torta 36% 34% 32% 30% 28% 26% 24% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Figura 4 voláteis das tortas produzidas. CONCLUSÕES Em relação aos ensaios de desaguamento, foi verificado que: O desaguamento mecânico por filtro prensa de placas apresentou boa viabilidade técnica; Com ensaios em escala piloto é possível a obtenção de parâmetros de projeto, bem como subsídios para o cálculo do balanço de massa do sistema de tratamento; O condicionamento com polímero catiônico de alto peso molecular e alta carga proporciona características de boa filtrabilidade e desaguamento. O filtro prensa, operando com polímero nas concentrações de 0,3 a 0,6%, apresentou baixo consumo, com a média de 2,2 kg por tonelada de massa seca. Foram obtidos tortas com teores de sólidos próximos a 30%, compactas e secas, com boa soltura dos elementos de filtragem e com boa captura de sólidos. AGRADECIMENTOS Agradecimentos ao Corpo Técnico da Companhia de Saneamento do Estado de São Paulo - SABESP pelo auxílio na montagem das instalações e na execução dos ensaios. Agradecimentos a DEGREMONT e a NETZSCH pela cessão dos equipamentos que viabilizaram a execução deste trabalho. Agradecimentos a STOCKHAUSEN, pela cessão dos polímeros utilizados nos ensaios de pré-condicionamento. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION; AMERICAN SOCIETY OF CIVIL ENGINEERS; U. S. ENVIROMENTAL PROTECTION AGENCY. Manegement of Water Treatment Plant Residuals. American Society of Civil Engennering. New York, 1996. 2. CORDEIRO, J.S. O problema dos lodos gerados nos decantadores em Estações de Tratamento de Água. Tese (Doutorado em Hidráulica e Saneamento) Escola de Engenharia de São Carlos USP. São Carlos, SP. Junho, 1993. 3. DI BERNARDO, L. Métodos e Técnicas de Tratamento de Água. 481p. Volumes 1 e 2. Rio de Janeiro, RJ. ABES, 1993. 4. FERREIRA FILHO, S.S. Pré-condicionamento de lodos de estações de trataemnto de água visando o seu adensamento por gravidade. 19º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, pg 1181-1192. Foz do Iguaçu, 1997. 5. FERREIRA FILHO, S.S., ALÉM SOBRINHO, P., Considerações sobre o tratamento de lodos de estações de tratamento de água. Congresso da Associação Brasileira de Engenharia Sanitária. 1998. 6 ABES Trabalhos Técnicos
6. GRANDIN, S. Desidratação de lodos produzidos em estações de tratamento de água. São Paulo, 1992.Dissertação (Mestrado). Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. 7. GRANDIN, S. R., ALÉM SOBRINHO, P., GARCIA JR, A.D. Desaguamento de lodos produzidos em estações de tratamento de água. Congresso da Associação Brasileira de Engenharia Sanitária. 1993. 8. MONTGOMERY, J. M. Water treatment principles and desing. 686 p. New York, John Wiley & Sons, 1985. 9. TEIXEIRA, L.C.G.M. Adensamento por Gravidade de Lodos Produzidos em Estações de Tratamento de Água. Dissertação de Mestrado Escola Politécnica USP. São Paulo, SP. Maio, 1999. 10. WANG, M.C., HULL, J.Q.,JAO, M., CORNWELL. Engeneering behavior of water treatment sludge. Journal of Environmental Engeneering. V.118, n.6, p. 848-864. Novembro/dezembro, 1992. ABES Trabalhos Técnicos 7