REDUÇÃO DO GASTO OPERACIONAL EM ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA UTILIZANDO O PAC Arcioni Ferrari Constantino 1 Victor Docê Yamamura 2 RESUMO Os mananciais de águas superficiais sofrem modificações em suas características naturais devido a sua exposição ao ambiente e principalmente pela ação antrópica. O desmatamento e o lançamento de efluentes domésticos e industriais são os principais responsáveis pela degradação e contaminação dos recursos hídricos usados para o abastecimento público. Para manter a qualidade da água tratada, uma Estação de Tratamento de Água (ETA), pode passar por mudanças na sua estrutura física, como também nos produtos químicos utilizados. Um produto de grande importância é o agente coagulante. A escolha de um coagulante depende de alguns fatores como: características da água, oferta do produto no mercado, preço e eficiência no tratamento. Este trabalho teve por objetivo obter uma dosagem do Policloreto de Alumínio (PAC) que se tornasse viável técnica e economicamente em relação ao Sulfato de Alumínio, devido ao preço do Sulfato ser menor, visando diminuir as perdas operacionais e o consumo de coagulante no processo de tratamento de água da Companhia de Saneamento do Paraná (SANEPAR) ETA Maringá. Os resultados das análises laboratoriais, consumo de produtos químicos e gasto operacional de água utilizados no período identificaram o coagulante mais eficiente, suas vantagens e desvantagens no processo de tratamento de água da referida unidade. Palavras-chave: Viabilidade; Coagulantes; ETA; PAC 1 Licenciatura em Química, Universidade Estadual de Maringá-UEM, Departamento de Química, arcionefc@sanepar.com.br 2 Acadêmico, Universidade Estadual de Maringá-UEM, Curso de Engenharia Química, Departamento de Engenharia Química, vyamamura@hotmail.com
1. INTRODUÇÃO A ETA Maringá utilizou durante muitos anos o Sulfato de Alumínio como coagulante em seu sistema de tratamento. Inicialmente, utilizava-se o Sulfato de Alumínio Técnico Sólido e posteriormente na forma diluída. Em julho de 2008, esta unidade de tratamento substituiu este coagulante pelo Policloreto de Alumínio (PAC), também na forma líquida. O objetivo deste trabalho foi propor uma redução na dosagem do coagulante e uma mudança na escala de lavagem de filtros e decantadores, a qual foi aplicada no mês de maio de 2009, visando uma redução de perdas operacionais e um menor consumo de produtos químicos. Será feita, a seguir, uma comparação dos resultados obtidos entre esses produtos no aspecto técnico e econômico. Para isso, serão analisados parâmetros de qualidade e eficiência, assim como a variação do consumo de produtos químicos e de água utilizada no processo de produção. Os estudos foram baseados em resultados obtidos no monitoramento do tratamento da água captada durante os períodos de janeiro a maio de 2008, quando foi utilizado o Sulfato de Alumínio, e janeiro a maio de 2009, quando foi utilizado o PAC. As informações foram retiradas dos dados históricos das análises de turbidez, consumo de produtos químicos, quantidade de água gasto no processo e a diferença de preço dos coagulantes. 2. DESENVOLVIMENTO As análises de turbidez da água bruta são feitas em turbidímetros de bancada com amostras pontuais de pequenas porções, normalmente a cada hora. Logo após o operador ter a informação de variação da qualidade, é necessário tomar a decisão do ajuste de dosagem. A dosagem exata para os diferentes níveis de turbidez somente pode ser determinada por tentativas com ensaios de coagulação/floculação. A quantidade exata de coagulante, juntamente com a manutenção do ph de coagulação tem que ser rapidamente ajustados. Quando a água possui alcalinidade natural suficiente, o operador ajusta somente o coagulante. Caso contrário, serão necessários ajustar não só o coagulante, mas também o alcalinizante. Essas ações devem ser definidas baseadas em estudos prévios das características da água do manancial de abastecimento da ETA (TOMIATE et al., 2004). Normalmente utilizam-se algumas ferramentas para o ajuste de dosagem, entre elas as mais usadas são: Jar Test ou Teste de Jarro: é o método mais tradicional de ajuste, está representado na Figura 1. Porém esse teste tem como limitações a demora do resultado, podendo comprometer toda a água dos decantadores e conseqüentemente o processo. Figura 1 Aparelho de Jar Teste. 2
Fonte: SANEPAR (2009). Tabela com os dados históricos de tratamento: os dados diários das ETAs podem ser úteis, fornecendo informações sobre dosagens nas mais diversas situações em diferentes períodos. Essas informações podem ajudar no ajuste da dosagem do coagulante quando houver uma mudança repentina de turbidez. 2.1 Agente Coagulante Os coagulantes são produtos naturais ou químicos usados no tratamento de águas e efluentes industriais de vários segmentos. Sua função é neutralizar as cargas negativas das partículas em suspensão, possibilitando assim uma aglomeração dessas partículas, formando os chamados flóculos. Os coagulantes mais comuns são o Sulfato de Alumínio, Sulfato Ferroso, Sulfato Férrico, Cloreto Férrico, Sulfato Ferroso Clorado, Aluminato de Sódio e o Policloreto de Alumínio (PAC). Os sais de alumínio são os coagulantes mais utilizados nas ETAs, entre eles estão o Sulfato de Alumínio e o PAC, os quais foram avaliados nesse trabalho. O sulfato de alumínio tem a formula química Al 2 (SO 4 ) 3 nh 2 O, onde n representa aproximadamente 14 a 18 moléculas de água de cristalização. As principais especificações do Sulfato de Alumínio Líquido utilizado são: densidade ºBé =36-1,3303g/cm³ - 48,6% - 645,93g/L. O Policloreto de Alumínio (PAC), é um complexo poli-nuclear de íons de alumínio polimerizados, um tipo de polímero inorgânico de peso molecular medido em várias centenas de unidades. Ele é geralmente formulado como: Aln (OH)m Cl3 n-m, combinado com pequenas quantidades de outros compostos. A relação m/3n representa a basicidade deste produto, e devido a esta característica o PAC libera durante a hidrólise, em igualdade de dosagem em íons metálicos, uma quantidade de ácido consideravelmente menor do que a liberada pelo Cloreto de Alumínio e pelos coagulantes tradicionais como o Sulfato de Alumínio, Cloreto Férrico e Sulfato Ferroso. Isso provoca uma menor variação do ph do meio tratado e um menor consumo de neutralizante para ajustar o ph do meio tratado ao seu valor original. As principais especificações do Policloreto de Alumínio Líquido utilizado são: densidade ºBé =31,2-1,2742g/cm³ - 44,8% - 352g/L. 2.2. Vantagens do Policloreto de Alumínio (PAC) Forte poder de coagulação, com a formação rápida dos flocos: a ação coagulante do PAC é muito boa, fazendo com que os flocos se formem mais rapidamente e em tamanhos maiores e uniformes. Isso pode ser verificado na Figura 2, que apresenta a comparação dos diâmetros de flocos formados em função do ph com o uso da PAC frente ao uso do Sulfato de Alumínio. 3
Figura 2 Tamanho do Floculo (TF) em função do ph, onde o representa o PAC e o x representa o sulfato de alumínio Fonte: Hidroall. Em conseqüência do maior tamanho de floco formado tem-se uma maior velocidade de decantação com o uso do PAC. É o que podemos observar na Figura 3, por meio do tempo de sedimentação. Além disso, podemos observar também a faixa de aplicação do PAC e do Sulfato de Alumínio em relação ao ph. Nota-se que o PAC apresenta, comparativamente ao Sulfato de Alumínio, uma maior faixa de ph. Figura 3 Tempo de decantação em minutos, em função do ph Fonte: Hidroall. Simplicidade de uso: o PAC é facilmente manuseado, estocado e dosado. A solução pode ser diluída em água na concentração desejada, e esta operação pode também ser automatizada. Menores reservatórios de estocagem são usados com o PAC, se comparado com o Sulfato de Alumínio, pois requer uma menor dosagem. Pouco ou nenhum consumo de alcalis para correção de ph: conforme a Figura 4, com a utilização do PAC como coagulante a quantidade é menor comparada com outros coagulantes, isso porque o ph da água permanece praticamente sem alteração, mesmo na possível situação de superdosagem de PAC. 4
Figura 4 ph e alcalinidade depois da adição de PAC e Sulfato de Alumínio Fonte: Hidroall. Não há necessidade de outros componentes na floculação: vários são os produtos químicos orgânicos e inorgânicos comumente usados como aditivos de floculação, mas geralmente quando se usa o PAC não há necessidade de nenhum outro composto. Eficácia em uma ampla faixa de ph: o PAC trabalha em uma faixa mais ampla de ph, se comparado com o Sulfato de Alumínio ou outros floculantes. É geralmente eficaz em uma faixa de ph compreendida entre 6 e 9, mas em alguns casos ele funciona bem em faixas que vão de ph 5 até ph 10. É o que mostra a Figura 5. Observa-se também neta figura, que na faixa de ph entre 7 e 8, a eficiência do PAC é similar a do Sulfato de Alumínio, ou seja, a turbidez residual é mantida baixa. Figura 5 Turbidez residual (TR) em função do ph Fonte: Hidroall. 2.3. Metodologia Foram feitas algumas avaliações no processo e verificou-se que com o uso do PAC era possível fazer alguns reajustes, assim, as seguintes mudanças foram colocadas em prática: 5
Nova escala de lavagem de decantadores: os decantadores eram lavados a cada 7 dias, passou-se então a lavar a cada 10 dias. Com início em Setembro de 2008. Nova escala de lavagem de filtros: Os filtros eram lavados somente no período noturno e cada lavagem consome em média 250m³ de água tratada. Através desse estudo passou-se a programar essas lavagens no período integral, conseguindo-se vantagens como o aumento do número de horas trabalhadas (chegando a uma média de 53h de funcionamento até a próxima lavagem); caso ocorra algum problema durante a lavagem, este pode ser mais facilmente resolvido, pois no período noturno o operador encontra-se sozinho; devido a ETA situar-se numa área residencial, o barulho provocado pelos sopradores pode vir a incomodar, o que não ocorre durante o dia; pôde-se passar a escala para o centro de controle operacional (CCO), ajudando na programação de produção. Com início no final de abril de 2009. Redução de 20% na dosagem do PAC, sem no entanto comprometer a qualidade da água produzida. Chegou-se a esse valor através de análises feitas em jar test e cálculos envolvendo a dosagem e preço dos coagulantes. Com início no final de abril de 2009. A ETA Maringá mantém um registro mensal das análises de turbidez realizadas diariamente. Baseado nos gráficos mensais produzidos, pode-se comparar a variação nas diferentes faixas de turbidez, nos períodos em que foram utilizados o Sulfato de Alumínio e o Policloreto de Alumínio. Para cada mês existe uma determinada quantidade de análises realizadas, e de acordo com o número de amostras obtidas nas diferentes faixas de turbidez obteve-se o percentual de conformidades. A análise de turbidez da água produzida é feita a cada hora, chegando a uma média aproximada de 720 análises mensais. A portaria 518/04 do Ministério da Saúde no seu Artigo 12 estabelece que, o valor máximo da turbidez das águas de abastecimento público com tratamento completo ou filtração direta, não deve ultrapassar 1,0 UNT. No inciso 2º do mesmo artigo, com o objetivo de assegurar a eficiência de remoção de Enterovírus, Cistos de Giardia spp e Ocistos de Cryptosporidium sp, o Ministério da Saúde recomenda que, para a filtração rápida se estabeleça uma meta no efluente filtrado de valores de turbidez inferiores a 0,5 UNT em 95% dos dados mensais e nunca superiores a 1,0 UNT. A tabela a seguir mostra os resultados de análise de turbidez feitas no período em questão. Tabela 1 Controle mensal da turbidez da água produzida Sanepar/ETA Maringá Mês Número de amostras % de amostras Total de Amostras Ano 0<=NTU<=0,5 0,5<1 >1 0<=NTU<=0,5 0,5<1 >1 jan-08 467 243 13 723 64,59 33,61 1,80 fev-08 508 173 10 691 73,52 25,04 1,45 mar-08 287 406 31 724 39,64 56,08 4,28 abr-08 189 517 8 714 26,47 72,41 1,12 mai-08 101 586 36 723 13,97 81,05 4,98 jan-09 679 57 1 737 92,13 7,73 0,14 fev-09 568 91 3 662 85,80 13,75 0,45 mar-09 719 16 0 735 97,82 2,18 0,00 abr-09 710 3 0 713 99,58 0,42 0,00 mai-09 723 4 0 727 99,45 0,55 0,00 Total 1552 1925 98 Sulfato 3575 43,41 53,85 2,74 Total 3399 171 4 PAC 3574 95,10 4,78 0,11 6
Os gráficos que serão apresentados a seguir são os resumos das análises diárias do mês de maio de 2008 e maio de 2009. % de Nº de amostras amostras Faixa de Turbidez 0<=Nut<=0.5 14,0% 101 Faixa de Turbidez 0.5<=1.0 81,1% 586 Faixa de Turbidez >1.0 5,0% 36 TOTAL DE ANÁLISES REALIZADAS 723 AVALIAÇÃO DA TURBIDEZ MÊS: Maio/08 SULFATO DE ALUMÍNIO 1,20 1,00 NUT 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425262728293031 DIA TURBIDEZ MENSAL META DA SANEPAR MAXIMO PERMITIDO Figura 6 Resultado das análises de turbidez do mês de Maio de 2008 Fonte: Sanepar (2009). AVALIAÇÃO DA TURBIDEZ MÊS: Maio/09 PAC Figura 7 Resultado das análises de turbidez do mês de maio de 2009 Fonte: Sanepar (2009). 7
De acordo com os resultados obtidos para as análises de turbidez da água filtrada, tem-se que em média 43,41% das amostras analisadas durante o período de aplicação do Sulfato de Alumínio apresentaram turbidez entre 0 < = UNT < = 0,5. Ao se utilizar o PAC, tem-se que este valor passou para 95,10%, indicando um aumento da eficiência do processo de coagulação ao se utilizar este coagulante. Estes resultados obtidos com o PAC ficaram dentro da recomendação da portaria 518/04 do Ministério da Saúde, que é de 95% das amostras menores que 0,5 UNT. Sendo que nos 2 últimos meses analisados (abril e maio de 2009) este índice ficou próximo dos 100%. Na tabela 2 constam as quantidades consumidas de coagulante, cal, água de gasto operacional (lavagem de filtros e decantadores), turbidez média da água In Natura, Produzida e o volume abduzido durante os meses de janeiro a maio de 2008 e durante os meses de janeiro a maio de 2009. Tabela 2 Controle mensal do consumo de produtos químicos Sanepar/ETA Maringá Mês Coagulante Volume Cal Gasto Operacional Turbidez média Turbidez média Ano Sulfato PAC Aduzido (Kg) (m³) (In Natura) (Produzida) (Kg) (Kg) (m³) jan-08 152.801 25.845 58.170 164 0,56 2.035.700 fev-08 138.001 20.168 50.460 114 0,51 1.936.860 mar-08 183.446 5.355 51.736 139 0,69 2.070.590 abr-08 141.077 8.160 42.749 70 0,65 1.973.130 mai-08 126.667 7.447 50.687 46 0,78 2.189.410 jan-09 113.674 8.556 44.200 172 0,24 2.097.220 fev-09 140.268 2.719 41.068 327 0,36 1.913.510 mar-09 128.768 8.049 44.553 109 0,28 2.237.030 abr-09 84.623 0 41.491 32 0,26 2.123.510 mai-09 53.955 0 38.478 30 0,28 2.074.820 Por meio da equação 1, baseado no preço atual do PAC (857,85 R$/ton), do Sulfato de Alumínio (470,00 R$/ton), do Cal (Hidróxido de Cálcio líquido em suspensão Granel a 20 % e densidade de 1,11g/cm³ - 390,00 R$/ton) e da água utilizada no processo (levando em conta o preço da tarifa básica 1,63 R$/m³), foi montada a Tabela 3, constando o custo por m³ de água produzida. Ct Qc*Cc Qcal*Ccal Qap*Cap VT (1) Onde: Ct = Custo total gasto por m 3 de água produzida (R$/m 3 ); Qc = Quantidade de coagulante gasto no período (Kg); Cc = Custo do coagulante (R$/Kg); Qcal = Quantidade de cal gasto no período (Kg); Ccal = Custo do cal (R$/Kg); Qap = Quantidade de água de processo gasto no período (m 3 ); Cap = Custo de água de processo (R$/ m 3 ); VT = Volume de água abduzida no período (m 3 ); 8
Mês Ano Tabela 3 Custo por m³ de água tratada. Sanepar/ETA Maringá Coagulante Turbidez Cal Gasto Operacional Custo/m³ média (R$) (R$) (R$) Sulfato (R$) PAC (R$) (In Natura) Turbidez média (Produzida) jan-08 71.817 10.080 94.817,43 0,08681 164 0,56 fev-08 64.860 7.866 82.249,15 0,08001 114 0,51 mar-08 86.219 2.088 84.330,33 0,08338 139 0,69 abr-08 66.306 3.182 69.680,22 0,07053 70 0,65 mai-08 59.533 2.904 82.620,14 0,06625 46 0,78 jan-09 97.515 3.337 72.046,00 0,08244 172 0,24 fev-09 120.329 1.061 66.940,84 0,09842 327 0,36 mar-09 110.463 3.139 72.621,39 0,08325 109 0,28 abr-09 72.594 0 67.630,00 0,06603 32 0,26 mai-09 46.286 0 62.718,33 0,05254 30 0,28 Podemos observar na tabela 3, que o custo de tratamento de água está diretamente ligado a qualidade da água que chega a estação, sendo que os primeiros meses apresentam turbidez da água in-natura alta e custo elevado, já nos meses com turbidez da in-natura baixos, temos uma diminuição do custo. Com o PAC temos uma melhora significativa na qualidade da água produzida, que consegue atender à portaria 518/04 do Ministério da Saúde. Além disso se mostrou capaz de tratar águas de péssima qualidade, chegando a níveis de turbidez de 2600 NTU. A quantidade de água gasta com lavagem de filtros e decantadores diminuiu consideravelmente, sendo de 253.802 m³ em 2008 contra 209.789 m³ em 2009, uma diferença de 44.013 m³ em 5 meses analisados. O consumo de cal diminuiu substancialmente com o uso do PAC, sendo desnecessário nos meses de abril e maio de 2009. O mês de maio de 2009 apresentou o menor custo dentre os meses analisados e o menor índice de gasto operacional (1,85%), indicando que as mudanças foram efetivas e deram os resultados esperados. 3. CONCLUSÃO Visando a identificação do coagulante mais eficiente, ou seja, que ofereça uma melhor relação custo/benefício, foram analisados os resultados obtidos com a utilização dos coagulantes Sulfato de Alumínio e Policloreto de Alumínio PAC, no processo de tratamento de água da ETA Maringá. Comparando economicamente os dados do período, o PAC resultou em um gasto maior de coagulante, porém, analisando tecnicamente o PAC apresentou resultados melhores que o Sulfato de Alumínio com relação a qualidade da água produzida, melhorando de forma significativa os níveis de turbidez, observou-se uma redução na dosagem de coagulante, aumentando assim, a autonomia dos reservatórios, prolongando a capacidade de abastecimento e armazenagem, redução também no consumo de cal, sendo desnecessário em determinados níveis de turbidez da água in natura, e minimizou-se o gasto operacional de água. Deve ser considerado também que o mês de maio de 2009 é um forte indicativo de que as mudanças surtiram efeito, e que o tratamento utilizando o PAC se torna viável frente ao Sulfato de alumínio nessas condições. 9
4. REFERÊNCIAS POLICLORETO de alumínio: informações gerais. Valinhos: Hidroall, [2001]..Disponível em: <http://74.125.47.132/search?q=cache:z0h1aprj9smj:www.hidroall.com.br/br/download/library/p olicloreto_de_aluminio_em_po+policloreto+de+alum%c3%adnio:+informa%c3%a7%c3 %B5es+gerais&hl=pt-BR&ct=clnk&cd=1&gl=br>. Acesso em: 4 dez. 2008. IQC Industrias Químicas Cubatão. Água é vital: trate-a bem. São Paulo, 2003. TOMIATE, Vlademir; SCHUCHARDT, WAGNER; RATTMANN, Carlos. Qualidade da água: excelência humana. [Curitiba]: Sanepar, 2004. Capacitação de instrutores de tratamento de água. Coagulação, floculação, Decantação, 3, 4. WILLIMAR, S. D. Análise de viabilidade técnica e econômica do uso do policloreto de alumínio (PAC) em substituição ao sulfato de alumínio no tratamento de água. Monografia (Gestão em Recursos Hídricos). Universidade Estadual de Maringá, Maringá - PR, 2009. 10