1 MONITORAMENTO DOS RESULTADOS DA UNIDADE DE FLOTAÇÃO IMPLANTADA NA ETA DE CARMO DO RIO CLARO PARA REMOÇÃO DE FITOPLÂNCTON. Francisco de Macedo Fraietta Especialista em Engenharia de Saneamento Ambiental pelo Centro Universitário do Sul de Minas - UNIS; Biomédico formado pela Universidade Barão de Mauá – Ribeirão Preto – SP, com habilitação em Análises clínicas e análises físico-químicas e microbiológicas do Meio Ambiente; responsável pelo Setor de Hidrobiologia da Superintendência Sul da COPASA. ENDEREÇO: Laboratório Distrital de Alfenas – Setor de Biologia Companhia de Saneamento de Minas Gerais – COPASA – Rua Tatuí, 200 – Vila Teixeira Alfenas – MG – Brasil – CEP: 37130-000 Fone: +55 (35) 3299-4067 – FAX: +55 (35) 3299-4081 - e-mail [email protected] RESUMO Em Carmo do Rio Claro, cidade de aproximadamente 15.000 habitantes situada na região sul do Estado de Minas Gerais, a COPASA, Companhia responsável pelo abastecimento de água da cidade foi obrigada a buscar alternativas de tratamento quando o manancial que serve de fonte de água para o abastecimento da população (lago da Represa de FURNAS) começou a apresentar florações de cianobactérias. Logo o sistema de tratamento existente entrou em colapso e não conseguia mais obter resultados de potabilidade apropriados para a água distribuída. O tratamento da água era realizado por clarificadores de contato (três filtros) para uma vazão de 60 L/s. Diante dessa situação resolveu-se instalar à montante dos clarificadores de contato um sistema de flotação por ar dissolvido (FAD), com recirculação pressurizada de água, composto das seguintes etapas: câmara de entrada e mistura rápida, câmara de floculação, reator de flotação e estação pressurizadora. Com a implantação deste processo, resolveu-se o problema da localidade e obteve-se resultados surpreendentes. Este trabalho objetiva apresentar os resultados hidrobiológicos, físico-químicos e operacionais da unidade de flotação. PALAVRAS-CHAVE Sistema de flotação , Fitoplâncton , hidrobiologia. 2 INTRODUÇÃO A degradação dos corpos d'água utilizados como fonte de abastecimento público, tem levado os órgãos responsáveis por estes serviços a buscarem alternativas e tecnologias de tratamento para manutenção da qualidade da água distribuída e atendimento à legislação, Portaria nº 1469. Um dos problemas dessa degradação é a eutrofização, que segundo Esteves (1998), é o aumento da concentração de nutrientes, especialmente fósforo e nitrogênio, nos ecossistemas aquáticos, que tem como conseqüência o aumento de sua produtividade. Este aumento de nutrientes propicia o aumento do fitoplâncton e pode provocar florações de algas, inclusive das algas azuis, também chamadas de cianobactérias, que além de prejudicarem a operação das estações de tratamento de água, como outros grupos de algas, podem produzir substâncias tóxicas, capazes de causar até a morte de animais e do homem. Na cidade de Carmo do Rio Claro, a COPASA, companhia responsável pelo abastecimento de água da cidade, foi obrigada a buscar alternativas de tratamento para manter a qualidade da água distribuída à população dentro dos padrões de potabilidade estabelecidos pela legislação brasileira, quando o manancial utilizado como fonte do abastecimento começou a apresentar florações de algas. Ao tratamento que até então era realizado por clarificadores de contato (três filtros), foi adicionada à montante dos filtros, uma unidade de flotação (figura 2), composta das seguintes etapas: câmara de entrada e mistura rápida (figura 3), câmara de floculação (figuras 5/6), reator de flotação (figuras 7/8) e estação pressurizadora (figura 4). A cidade de Carmo do Rio Claro localiza-se na região sul do Estado de Minas Gerais, a 20º58'38'' de latitude sul e 46º06'29'' de longitude oeste, com uma população de aproximadamente 15.000 habitantes. O município possui 688 km2 em região predominantemente montanhosa. A fonte de captação de água é o lago da represa de FURNAS, inaugurado em 12 de maio de 1965. O lago margeia 34 municípios, possui área de 1473 km2 , extensão de 3,7 mil Km, valor que corresponde a quase a metade da extensão da costa brasileira e um volume de água sete vezes maior que o da Bahia da Guanabara, equivalente a 2,6 Bilhões de metros cúbicos. Possui como principais afluentes os rios Grande e Sapucaí (FURNAS, s.d.). OBJETIVO Este trabalho tem o objetivo de apresentar os resultados do sistema de flotação implantado na ETA de Carmo do Rio Claro para remoção de fitoplâncton, através do monitoramento de parâmetros físico-químicos, hidrobiológicos e operacionais. MÉTODOS Definiu-se quatro pontos de coletas para realização do monitoramento hidrobiológico: torneira de água bruta da sala de análises laboratoriais da ETA; saída do flotador; caixa de reunião após os filtros e tanque de contato. As coletas foram realizadas mensalmente de abril de 2003 a março de 2004, em frascos de polietileno com capacidade de um litro, preservadas em gelo a aproximadamente 4ºC para as análises de fitoplâncton qualitativas (FIQL) e em frascos de vidro de cor âmbar com capacidade de um litro, contendo cinco mililitros de solução de lugol acético (APHA, 1998) para as análises quantitativas (FIQT). 3 ● Análises Hidrobiológicas As análises qualitativas e quantitativas foram realizadas segundo os métodos CETESB (1978), COPASA (1992b) e A.P.H.A. (1998), com utilização de um microscópio binocular comum da marca Leica, nos aumentos de 40, 100, 200, 400 e 1000x. O sistema de classificação usado foi o de Komárek (1999, 1988) para as cianobactérias e o de Bourrely (1968, 1972, 1985) para os demais grupos de algas. Para a identificação do fitoplâncton utilizou-se principalmente, Bourrely (1968, 1972, 1985), Komárek (1999, 1988), Branco (1986), Geitler (1932), Bicudo e Bicudo (1970). Para as análises de FIQL pequenas alíquotas de amostras foram depositadas em lâmina de vidro e coberta com uma lamínula, observadas nos diferentes aumentos já mencionados acima, sendo o material analisado in vivo. Para as análises de FIQT, utilizou-se o método padronizado em APHA (1998). Após sedimentação das amostras por 24 horas em provetas de 1000 mL, os sobrenadantes foram aspirados com auxílio de uma bomba de vácuo, restando concentrados de aproximadamente 100 mL. Estes concentrados foram homogeneizados e com uma pipeta transferiu-se 1mL de cada amostra para uma Câmara de Sedgewick Rafter, levada ao microscópio e analisada no aumento de 200x. As contagens foram realizadas por faixas (100 organismos do taxon predominante) ou por campo (10 organismos do taxon predominante) segundo a distribuição de Poisson (APHA, 1998), obtendo-se um intervalo de confiança aproximado de 95 + 20%. ● Expressão dos Resultados Os resultados das análises foram expressos em organismos por mililitro para todos os grupos de algas, exceto para as cianobactérias, que tiveram seus resultados expressos em número de células por mililitro de acordo com Jardim et al. (2002). Para a contagem do número de organismos, utilizou-se o critério da contagem por conjuntos ou clump counting, de acordo com Jardim (1999). Para o cálculo do percentual de remoção das algas, as espécies foram agrupadas em: Cyanophyceae, Chlorophyceae, Bacillariophyceae, Fitoflagelados e Snowella cf. atomus (por apresentar resultados diferenciados). Foram também abordados e apresentados resultados físico-químicos, e operacionais, tais como, cor aparente, turbidez, consumo de produtos químicos, consumo de energia e de água na ETA, comparando-se os resultados obtidos antes e depois da implantação da unidade de flotação. RESULTADOS ● Resultados Hidrobiológicos Durante o estudo foram identificados os seguintes grupos de algas: Grupos Cyanophyceae Chlorophyceae Bacillariophyceae Fitoflagelados Algas Microcystis spp , Oscillatoria sp , Radiocystis fernandoi , Aphanocapsa spp , Aphanothece sp , Pseudanabaena catenata , Pseudanabaena sp , Merismopedia sp , Cylindrospermopsis Raciborskii , Aphanizomenon sp , Snowella cf. atomus . Chlorococcales , Crucigenia sp , Elakatothrix sp , Oocystis sp , Coelastrum sp, Staurastrum sp , Monoraphidium sp , Dictyosphaerium sp , Scenedesmus spp , Cosmarium spp , Ankistrodesmus spp , Tetraedron spp , Pidiastrum sp . Navicula spp , Cyclotella sp , Aulacoseira spp , Fragilaria spp. Euglena spp , Trachelomonas spp , Dinobryon sp , Peridinium spp , Cryptomonas sp , Chlamydomonas sp , Phacus sp. 4 A Tabela 1 mostra as datas das coletas com as respectivas concentrações de fitoplâncton e percentuais de remoção do flotador. Tabela 1 - Datas das coletas com concentração de fitoplâncton e percentuais de remoção do flotador. Datas 14/04/2003 19/05/2003 16/06/2003 14/07/2003 18/08/2003 15/09/2003 13/10/2003 17/11/2003 15/12/2003 12/01/2004 16/02/2004 02/03/2004 Snowella cf. atomus Conc. % rem. 905,6 1193,8 1443,9 775,7 1900,0 2575,2 6541,5 4342,3 10054,4 19067,0 83,83 76,87 84,87 90,50 94,37 68,80 96,79 90,17 70,77 71,76 Cyanophyceae Conc. % rem. 10392,3 8204,9 1630,0 2324,0 463,9 5299,1 5208,0 3365,8 9395,3 6596,9 3154,7 3540,6 99,03 99,47 99,34 100,00 98,56 99,88 99,86 85,43 99,88 99,61 97,35 93,94 Chlorophyceae Conc. % rem. 169,9 70,9 124,6 27,9 98,3 73,4 216,0 81,1 68,5 53,4 337,2 347,9 89,29 85,75 96,55 78,85 100,00 96,87 95,65 58,32 89,93 91,95 99,50 98,19 Bacillariophyceae Conc. % rem. 481,5 656,9 290,6 67,7 43,0 428,7 124,0 144,6 237,8 858,4 246,9 197,6 96,49 100,00 99,38 100,00 89,07 99,86 96,69 88,31 99,54 99,85 99,31 100,00 Fitoflagelados Conc. % rem. 253,3 365,7 328,3 206,9 402,5 224,5 624,0 292,6 143,3 113,6 451,5 306,2 97,67 92,59 89,31 91,59 90,31 91,18 98,25 75,15 95,53 93,31 97,03 87,62 A Tabela 2 mostra os percentuais de remoção do fitoplâncton nos filtros e tanque de contato. Tabela 2 - Percentuais de remoção do fitoplâncton nos filtros e tanque de contato (TC). Datas 14/04/2003 19/05/2003 16/06/2003 14/07/2003 18/08/2003 15/09/2003 13/10/2003 17/11/2003 15/12/2003 12/01/2004 16/02/2004 02/03/2004 Snowella cf. atomus Filtros T.C. 92,52 79,66 86,54 92,28 96,66 97,84 97,00 97,14 77,52 77,92 96,42 94,73 97,17 95,30 96,53 98,10 99,39 99,85 99,51 97,22 Cyanophyceae Filtros T.C. Chlorophyceae Filtros T.C. 100,00 100,00 100,00 100,00 98,90 100,00 99,84 99,80 99,98 99,95 99,43 97,58 86,17 89,88 95,77 93,65 100,00 100,00 100,00 83,51 96,95 97,56 96,46 97,55 96,90 97,82 93,71 90,88 97,37 100,00 85,21 86,70 98,40 97,95 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 99,99 99,89 99,96 99,98 99,87 97,10 Bacillariophyceae Filtros T.C. 96,86 98,23 88,16 33,09 67,67 95,22 62,26 88,17 98,78 99,72 93,48 86,13 97,53 97,52 91,91 25,11 26,51 94,61 70,56 93,08 92,39 99,86 92,06 97,42 Fitoflagelados Filtros T.C. 99,13 88,35 82,79 86,71 86,56 90,47 97,60 93,57 93,79 93,75 93,25 88,28 99,65 93,90 99,76 92,07 95,95 95,68 99,70 93,92 96,23 95,51 98,74 97,06 Analisando os resultados apresentados pelas tabelas 1 e 2, destaca-se: o predomínio da classe Cyanophyceae durante toda a amostragem; o aparecimento, a partir de junho/03, da Cyanophyceae Snowella cf. atomus e a necessidade de apresentar seus resultados separadamente devido à grande diferença de seu percentual de remoção em relação às outras cianobactérias, talvez devido ao seu pequeno tamanho; o menor percentual de remoção de fitoplâncton na água filtrada (em todas as amostras) e na água tratada final (exceto nas amostras coletadas em abril e novembro de 2003) em relação à água flotada, o que pode ser explicado pelo crescimento de algas dos grupos Chlorophyceae, Bacillariophyceae e fitoflagelados nos filtros, devido às longas carreiras de filtração conseguidas após o início de operação do sistema de flotação; os elevados índices de remoção do fitoplâncton em todas as amostras na água tratada final (tanque de contato) garantindo a qualidade da água distribuída à população. 5 Através da Figura 1 tem-se uma melhor visualização do percentual médio de algas na água bruta, flotada, filtrada e tratada. % de algas na água Figura 1 - Percentual médio de algas na água bruta, flotada, filtrada e tratada. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Snowella cf. atomus Cyanophyceae Chlorophyceae Bacillariophyceae Fitoflagelados Bruta Flotada Filtrada Tratada Água ● Resultados Físico-químicos Os parâmetros, turbidez, cor aparente e pH que serão apresentados a seguir, eram medidos na água filtrada até 2002, quando, com o início de operação do sistema de flotação (01/2003), passaram a ser monitorados na água flotada. A variação da turbidez na água bruta (2002/2003) e percentuais médios de remoção na água filtrada (2002) e na água flotada (2003) são apresentados a seguir: Ano 2002 2003 Variação turbidez AB* 3,9 a 13,6 3,0 a 8,6 % médio de remoção filtros 95,80 - % médio de remoção flotador 93,58 Observou-se durante o estudo, que dentro das variações de turbidez apresentadas, a eficiência do flotador melhora com os valores mais altos, produzindo água com turbidez média de 0,33 uT durante o ano de 2003, com valores variando entre 0,28 e 0,37 uT. A variação da cor aparente na água bruta (2002/2003) e os resultados atingidos pelos filtros (2002) e pelo flotador (2003) seguem abaixo: Ano 2002 2003 Variação cor AB* 15 a 37 11 a 22 Cor água filtrada < 2,5 - Cor água flotada < 2,5 Cor água tratada final < 2,5 < 2,5 Através dos resultados apresentados acima, verifica-se a eficiência do flotador na remoção da cor aparente, alcançando os mesmos resultados obtidos pelos filtros, que são os mesmos da água tratada final. As variações de pH na água bruta e tratada (2002 e 2003), na água filtrada (2002) e flotada (2003) foram: Ano 2002 2003 * AB – água bruta Variação pH AB* 6,9 a 7,2 6,9 a 7,1 pH água filtrada 6,5 a 6,7 - pH água flotada 6,6 a 6,9 pH água tratada final 6,9 a 7,0 6,7 a 7,7 6 Os resultados apresentados acima mostram a pequena variação de pH ocorrida nas águas bruta, filtrada, flotada e tratada. As dosagens e os produtos químicos utilizados antes e depois da implantação do flotador continuaram os mesmos e são apresentados a seguir: Produto químico Sulfato de alumínio ferroso Cal hidratada Cloro gasoso Fluossilicato de sódio Função Coagulante Correção de pH Desinfecção Fluoretação Dosagem média 13,7 mg/L 6,4 mg/L 1,8 mg/L 1,0 mg/L Os produtos químicos são dosados nos seguintes pontos: Fluossilicato de sódio e cal hidratada na rede que leva a água do flotador aos filtros; sulfato de alumínio ferroso na chegada da água bruta a ETA, ainda na rede antes da câmara de entrada e mistura rápida; cloro gasoso na rede que liga os filtros ao tanque de contato. ● Resultados Operacionais Os resultados operacionais conseguidos com a implantação do flotador estão relacionados e comparados com os resultados anteriores, na Tabela 3. Tabela 3 – Comparação dos parâmetros operacionais da ETA antes e depois da implantação do flotador. Parâmetro Carreira de filtração Consumo mensal de água para lavagem dos filtros Consumo mensal de água para lavagem do flotador Água consumida pelo flotador – transbordamento (mensal) Consumo total de água na ETA por mês Tempo gasto com cada lavagem de filtro Tempo gasto com a lavagem dos filtros por mês Consumo mensal de energia na ETA Antes do flotador (2002) 12 horas 9270 m3 9270 m3 50 min 19 horas 2918 Kw/h Depois do flotador (2003) 90 horas 1440 m3 200 m3 5554 m3 7194 m3 30 min 2 horas 7163 Kw/h O aumento no consumo de energia, está relacionado à utilização de um conjunto moto-bomba e de um compressor, usados respectivamente para bombear água e injetar ar comprimido em uma câmara de saturação, de onde a água pressurizada, é inserida no reator de flotação impulsionando os flocos formados na câmara de floculação para a superfície do reator, formando uma camada de lodo (escuma) que é removida por transbordamento através de canaletas laterais. CONCLUSÕES E SUGESTÕES O sistema de flotação mostrou grande eficiência em relação aos parâmetros físicos, produzindo água com resultados de cor aparente e turbidez já dentro dos padrões de potabilidade estabelecidos pela legislação brasileira para o abastecimento público; A implantação do sistema de flotação não causou impacto sobre os produtos químicos utilizados no tratamento da água, que continuaram os mesmos com as mesmas dosagens; 7 O sistema de flotação mostrou grande eficiência também em relação à remoção de Fitoplâncton, conseguindo em algumas amostras a remoção total de grupos de algas, e índices próximos dos 100 % em outros. No caso das Cyanophyceae o percentual de remoção médio de toda a amostragem foi de 97,70 % o que propiciou uma remoção praticamente total dessas algas na água distribuída para a população (99,73 %); O flotador apresentou uma eficiência menor na remoção da espécie Snowella cf. atomus (Cyanophyceae) em torno de 82,87 %, mas este percentual foi suficiente para levar a uma remoção também próxima de 100 % na água tratada final (97,42 %); O percentual médio de remoção do fitoplâncton total durante o estudo, na água tratada final, foi de 93,97 %. Considerando-se que os grupos Chlorophyceae, Bacillariophyceae e fitoflagelados apresentaram crescimento nos filtros e por isso tiveram suas concentrações aumentadas nas águas filtrada e tratada final em relação à água flotada, e que seus percentuais de remoção no flotador foram sempre maiores que os da espécie Snowella cf. atomus, conclui-se que este percentual médio de remoção do fitoplâncton total, na verdade, deveria estar acima de 97,42 % (% de remoção da Snowella cf. atomus), próximo dos 100 %; A utilização do flotador permitiu a obtenção de carreiras de filtração de até 150 horas, mas as lavagens dos filtros foram realizadas em média após 90 horas de uso devido ao crescimento de algas em seu interior. Este aumento da carreira de filtração de 12 para 90 horas permitiu uma grande economia de água na ETA, mesmo após a soma da água perdida pelo Flotador por transbordamento; Como a pré cloração não é usada no sistema de tratamento de Carmo do Rio Claro e a desinfecção é feita no final do tratamento, na rede que leva a água filtrada ao tanque de contato, sugere-se que sejam realizados estudos no sentido de se alterar o ponto de aplicação do cloro para antes dos clarificadores de contato, o que combateria o crescimento algal nos filtros e propiciaria o aproveitamento de carreiras de filtração maiores, aumentando ainda mais a economia de água na ETA; Sugere-se os seguintes pontos para realização do estudo acima citado: aplicação do cloro na chegada da água bruta à ETA, antes da unidade de flotação, que melhoraria o desempenho do flotador e agiria sobre o crescimento de algas nos filtros, mas aumentaria o risco de liberação de cianotoxinas na água a ser tratada devido a destruição das células de cianobactérias; aplicação do cloro na água flotada, depois do flotador e antes dos filtros. Desta forma, evitaria-se o crescimento de algas nos filtros sem riscos de destruição de números elevados de células de cianobactérias e conseqüente liberação de cianotoxinas para a água, já que o flotador apresentou índices elevados de remoção destas algas; Talvez o único fator negativo encontrado com a implantação do sistema de flotação seja o aumento do consumo de energia elétrica, que é compensado pelos resultados apresentados, além de outros que não puderam ser medidos, como por exemplo, os volumes de águas tratadas desprezados devido a liberação de flocos pelos filtros, fato que acontecia antes da operação do sistema de flotação. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION. Standard methods for the examination of water and wastewater. 20. ed. Washington, APHA/WEF/AWWA. 1998. 2. JARDIM, F. A. Implantação e realização de análises de cianotoxinas com avaliação do potencial tóxico em estações de tratamento da COPASA MG. Belo Horizonte. 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Do reator (acima), a água deixa a unidade de flotação indo para os clarificadores de contato e finalmente tanque de contato.