23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental
I-133 - COMPARAÇÃO ENTRE OS RESULTADOS DE COR APARENTE E
TURBIDEZ OBTIDOS DE ENSAIOS DE BANCADA E DE ENSAIOS EM
ESCALA PILOTO
Eliane Prado Cunha Costa dos Santos(1)
Engenheira Civil e Mestre em Engenharia Sanitária (UFMG)
Ana Raquel Teixeira
Engenheira Civil e Mestre em Engenharia Sanitária (UFMG)
Cristina Poggliali Almeida
Bióloga (Isabela Hendrix)
Marcelo Libânio
Engenheiro Civil e Mestre em Engenharia Sanitária (UFMG), Doutor em Hidráulica e Saneamento (USP) e
Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Hidráulica e Recursos Hídricos da UFMG
Valter Lúcio de Pádua
Engenheiro Civil (UFMG), Mestre e Doutor em Hidráulica e Saneamento (USP) e Professor Adjunto do
Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da UFMG
Endereço(1): Rua Dr. Juvenal dos Santos, 222/404 - Bairro Luxemburgo - Belo Horizonte - MG - CEP 30.380530 - Brasil - Tel: +55 (31) 3297-5406 - e-mail: [email protected]
RESUMO
No presente trabalho foram comparados os valores de cor aparente e de turbidez remanescentes obtidos de
ensaios em escala de bancada com os valores obtidos de ensaios em escala piloto, utilizando sulfato de
alumínio com dosagem de 8,0 mg/L (0,318 mg/L Al) e hidróxi-cloreto de alumínio (PACl 10,6% Al2O3) com
dosagem de 5,0mg/L (0,281 mg/L Al) como coagulantes. Tanto para os ensaios em escala de bancada quanto
para os ensaios em escala piloto utilizou-se a água bruta afluente a uma estação de tratamento de água que
emprega a tecnologia de tratamento por filtração direta. Os resultados obtidos neste trabalho indicaram que
tanto o sulfato de alumínio, quanto o PACl 10,6% Al2O3, forneceram resultados de redução de turbidez e cor
aparente em conformidade com a Portaria nº 518/2004. Pôde-se observar que não houve diferença significativa
entre os resultados de remoção de turbidez e de cor aparente entre os ensaios de bancada e em escala piloto
para a água estudada. A qualidade da água, quando se utilizou o sulfato de alumínio, foi ligeiramente superior
à de quando se utilizou o PACl 10,6% Al2O3. No entanto, a duração da carreira de filtração foi mais curta.
PALAVRAS-CHAVE: Tratamento de Água, Ensaios de Bancada, Filtração Direta, Coagulação, Instalação
Piloto.
INTRODUÇÃO
A caracterização da água por meio de parâmetros físicos, químicos e biológicos, a realização de ensaios em
bancada para seleção das dosagens e dos tipos de coagulante mais adequados, estudos em instalação piloto
para definição do tipo de tratamento e os parâmetros hidráulicos mais adequados, contribuem para obtenção de
maior eficácia do tratamento, além de contribuir para a redução dos custos de implantação e de operação de
uma ETA. O ideal é que estes estudos sejam preliminares à construção da ETA, mas também podem contribuir
para corrigir eventuais problemas existentes em estações já construídas. Di Bernardo (Coord.) et al. (2003)
relatam, por exemplo, que foi projetada uma ETA de ciclo completo para tratar 3.500 L/s e, após estudos,
concluiu-se que o tratamento poderia ser efetuado por filtração direta descendente, o que resultou em uma
economia mensal de R$ 100.000,00, pela redução do consumo de produtos químicos, além de viabilizar o
aumento da vazão tratada para 5.000 L/s. Mencionam ainda que uma estação de tratamento por filtração direta
ascendente foi construída, mas nem chegou a funcionar, em decorrência do fato de a água bruta ser
incompatível para esse tipo de tecnologia de tratamento, além de a água produzida na ETA não ser suficiente
sequer para a lavagem das unidades de filtração.
No presente trabalho, fez-se um estudo visando comparar os resultados obtidos de redução de cor aparente e
turbidez em escala de bancada e em escala piloto utilizando o sulfato de alumínio com dosagem de 8,0 mg/L
(0,318 mg/L Al) e o hidróxi-cloreto de alumínio (PACl 10,6% Al2O3) com dosagem de 5,0 mg/L
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(0,281 mg/L Al) com a água afluente a uma ETA que trata em média 1.000 L/s por meio da filtração direta
descendente.
MATERIAIS E MÉTODOS
Os aparelhos utilizados para medição de pH, cor aparente e turbidez durante a realização dos ensaios foram:
pH-metro marca Quimis; espectrofotômetro modelo DR/2000, marca HACH; turbidímetro modelo 2100N,
marca HACH.
Para a definição das dosagens e coagulantes que seriam utilizados para realização das comparações em escala
de bancada e em escala piloto, fez-se um estudo de bancada preliminar, avaliando diversos coagulantes com
diferentes dosagens, utilizando-se o equipamento de jar test (Figura 1), ao qual foram adaptados seis filtros em
tubo de PVC contendo areia, para simular o tratamento por filtração direta. Adotaram-se, para mistura rápida,
o gradiente de velocidade médio (Gmr) de 1.000 s-1 e o tempo de mistura rápida (Tmr) de 10 s. Após a mistura
rápida, o gradiente de velocidade médio era reduzido para 90 s-1, para evitar a deposição de sólidos no fundo
dos jarros. A água era então filtrada por 10 min. Coletavam-se em seguida as amostras para determinação dos
valores de pH, cor aparente e turbidez remanescentes. Em função dos resultados de cor aparente e de turbidez
remanescentes obtidos, definiu-se a dosagem de 8,0 mg/L (0,318 mg/L Al) de sulfato de alumínio, fazendo-se
a correção de pH com ácido clorídrico a 0,1 M e a dosagem de 5,0 mg/L (0,281 mg/L Al) de PACl
10,6% Al2O3 sem se fazer a correção de pH para a realização das comparações do experimento. As
características dos coagulantes selecionados para realização dos ensaios estão apresentadas na Tabela 1 e o
número de ensaios executados na Tabela 2.
Tabela 1: Característica dos coagulantes.
Coagulante
Teor de sólidos (%)
Sulfato de alumínio líquido
50,0
PACl (10,6% Al2O3)
47,0
Tabela 2: Ensaios realizados
Coagulante
Sulfato de alumínio líquido
PACl (10,6% Al2O3)
* Quatro ensaios e quatro réplicas
Al2O3 (%)
7,5
10,6
Bancada
3
8*
Densidade (g/cm3)
1,32
1,29 a 25° C
Instalação piloto
3
8*
cubetas
dosadoras
equipamento
de jar test
filtros de
bancada
jarros de 2 L de
água bruta
suporte dos
filtros de
bancada
recipiente
para coleta
de amostras
Figura 1 – Equipamento de jar test com os filtros de bancada.
Para realização dos ensaios de bancada com os dois coagulante selecionados adotaram-se as mesmas
características dos ensaios preliminares. Para os ensaios em escala piloto construiu-se na ETA, uma instalação
piloto, constituída do seguinte: bomba dosadora; recipiente para solução; malha difusora inserida
perpendicularmente à tubulação para garantir a mistura rápida; caixa de distribuição de vazão; filtro em
acrílico; quadro piezométrico; caixa d’água; tubulações; conexões e acessórios para o transporte da água
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VAZÃO CONTROLADA
POR ORIFÍCIO
ENTRADA DE ÁGUA
COAGULADA
Ø1"(TÍPICO)
Ø1"
I
I
EXTRAVASOR
ÁGUA COAGULADA
coagulada, da água de lavagem e da água filtrada. Os diâmetros das tubulações estão indicados no esquema da
instalação piloto (Figura 2). O filtro da instalação piloto era de escoamento descendente e seu meio filtrante de
camada simples. Os materiais utilizados para a camada suporte e para o meio filtrante encontram-se nas
Figuras 3 e 4.
ÁGUA COAGULADA Ø1"
I
QUADRO
PIEZÔMETRICO
CAIXA D'ÁGUA
ÁGUA FILTRADA
Ø1/2"
MANGUEIRA P/
PIEZÔMETRO
(TÍPICA)
ENTRADA DE
ÁGUA BRUTA
BOMBA Ø1"(TÍPICO)
DOSADORA
RECIPIENTE
P/ SOLUÇÃO
SAÍDA DA
ÁGUA DE
LAVAGEM
ENTRADA DE ÁGUA
P/ LAVAR O FILTRO
Ø1/2"
FILTRO
(FLUXO DESCENDENTE)
Figura 2 – Esquema da instalação piloto.
Para a mistura rápida, adotou-se o gradiente de velocidade médio (Gmr) em torno de 1.000 s-1. A taxa de
filtração adotada foi de 436 m3 · m-2 · d-1 e a carga hidráulica de retenção de impurezas de 15 cm para
encerramento da carreira de filtração. As amostras eram coletadas após 30 min durante a realização dos
ensaios em escala piloto ou no final da carreira de filtração, quando esta era superior a 30 min e então mediase a cor aparente, a turbidez e o pH das amostras.
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25,4
38,10
50,80
9,52
19,10
4,76
2,00
10
1,20
1
Diâmetro dos grãos (mm)
0,30
0,42
0,60
100%
0,15
0,075
Abertura da malha (mm)
90%
% que passa da amostra total
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0,1
100
Figura 3 – Curva granulométrica da areia utilizada no meio filtrante do filtro da instalação piloto.
Ø25,4mm
EAB & SL
OBS.
500
120 80 80 60 60
20
100 100
200
200
SEIXOS
(38 - 19)mm
Ø25,4mm
EAL
400
Ø12,7
SAT
SEIXOS
(19 -12.7)mm
200
100
200
11 FUROS Ø12,7
3700
300
Ø150
SEIXOS
(4.8 -2.4)mm
SEIXOS
(12.7- 4.8)mm
SEIXOS
(63 - 38)mm
R =1
0
12
CHAPA
VER DET."A"
AREIA
(<0.50)mm
(>2.38)mm
Cd=(1.8-2.0)mm
Tef.=(0.70-0.80)mm
R=
50 50
50
50 50 50
COTAS EM MILÍMETROS (EXCETO ANOTADO).
50
DETAHE "A"
TÍPICO
9 FUROS Ø
TÍPICO
LEGENDA
SAT = SAÍDA ÁGUA TRATADA
EAB = ENTRADA ÁGUA BRUTA
SL = SAÍDA DE ÁGUA DE LAVAGEM
EAL = ENTRADA DE ÁGUA P/ LAVAR
FILTRO DESCENDENTE
CAMADA SIMPLES
Sem escala
Figura 4 – Detalhe do filtro piloto.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A alcalinidade durante os ensaios variou de 49,0 a 53,0 mg/L de CaCO3. Os valores de pH obtidos durante os
ensaios encontram-se na Tabela 3.
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Tabela 3: Valores de pH obtidos durante os ensaios.
Ensaios em bancada
Água bruta
Coagulante Sulfato de Alumínio
Min.
Méd.
Máx.
Min.
Méd.
Máx.
7,70
7,87
8,00
6,62
6,92
7,14
Água bruta
Coagulante PACl 10,6% Al2O3
Min.
Méd.
Máx.
Min.
Méd.
Máx.
7,40
7,85
8,25
7,48
7,87
8,16
Ensaios em instalação piloto
Água bruta
Coagulante Sulfato de Alumínio
Min.
Méd.
Máx.
Min.
Méd.
Máx.
7,52
7,58
7,59
6,99
7,07
7,08
Água bruta
Coagulante PACl 10,6% Al2O3
Min.
Méd.
Máx.
Min.
Méd.
Máx.
7,48
7,54
7,68
7,64
7,69
7,72
Observa-se na Figura 5 que todos os valores de turbidez remanescente, tanto dos ensaios de bancada quanto
dos ensaios realizados na instalação piloto, quando se utilizou 8,0 mg/L de sulfato de alumínio como
coagulante e ácido para fazer a correção do pH, foram inferiores a 0,50 uT, valores em conformidade com a
Portaria nº 518/2004 do Ministério da Saúde, além de assegurarem maior eficiência de remoção de
enterovírus, cistos de Giardia spp. e oocistos de Cryptosporidium sp., o que é recomendado pela mencionada
Portaria.
3
2,5
2,2
2,5
96
3,5
94
3
92
2,5
90
2
88
1,5
86
1
0,5
0,36
0,3
0,12
0
T urbidez água bruta
Ensaio 02
T urbidez remanescente
2,1
1
82
0
% Remoção
2,2
1,5
0,5
Ensaio 03
2,9
2
84
80
Ensaio 01
Turbidez (uT)
Turbidez (uT)
3
% Remoção
3,5
Ensaios em escala piloto
0,3
Ensaio 01
t=30min.
T urbidez água bruta
0,36
0,37
Ensaio 02
t=30min.
Ensaio 03
t=30min.
T urbidez remanescente
88
87
86
85
84
83
82
81
80
79
% Remoção
Ensaios em bancada
% Remoção
Figura 5 – Turbidez e percentuais de remoção de turbidez para ensaios de bancada e na instalação
piloto durante a carreira de filtração, utilizando sulfato de alumínio com dosagem de 8,0 mg/L e ácido.
Quando foi utilizado PACl 10,6% Al2O3 com dosagem de 5,0 mg/L como coagulante (Figura 6), pôde-se
observar que os resultados de turbidez remanescente obtidos dos ensaios em escala piloto foram melhores do
que os valores obtidos dos ensaios de bancada. Enquanto para os ensaios de bancada obtiveram-se apenas três
valores de turbidez remanescente menores que 0,50 uT, para os ensaios em escala piloto apenas um valor foi
superior a 0,50 uT.
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Ensaios na instalação piloto
Ensaios em bancada
3,5
2,9
3
2,3
2,5
2,2
2,2
1,5
0,56
0,67
0,65
0,51
0,5
1,8
70
60
1,4
50
40
2
1
90
80
0,62
0,34
0,31
0,23
0
30
20
10
0
T urbidez remanescente
82
1,9
1,8
1,8
1,8
1,7
1,7
1,8
1,6
80
78
1,2
76
1
74
0,8
72
0,55
0,6
0,38
0,4
0,47
0,43
0,42
0,38
0,42 70
0,4
68
0,2
66
0
Ensaio Réplica Ensaio Réplica Ensaio Réplica Ensaio Réplica
01
Ensaio
02
Ensaio
03 Ensaio
04
Ensaio
01
02
03
04
T urbidez água bruta
1,9
% Remoção
3,8
3,8
Turbidez (uT)
3,9
% Remoção
3,9
4
Turbidez (uT)
2
100
4,5
Ens a io Ens a io Ens a io Ens a io Ens a io Ens a io Ens a io Ens a io
01
01
02
02
03
03
04
04
t=30m in. t=60m in. t=30m in. t=36m in. t=30m in. t=41m in. t=30m in. t=44m in.
T urbidez água bruta
% Remoção
T urbidez remanescente
% Remoção
Figura 6 – Turbidez e percentuais de remoção de turbidez para ensaios de bancada e na instalação
piloto durante a carreira de filtração, utilizando PACl 10,6% Al2O3 com dosagem de 5,0 mg/L.
A evolução da perda de carga durante a realização dos ensaios em escala piloto foi mais rápida quando se
utilizou o sulfato de alumínio como coagulante.
Observa-se, na figura Figura 7, que todos os valores de cor aparente remanescente obtidos quando se utilizou o
sulfato de alumínio como coagulante também satisfizeram a mencionada portaria.
Ensaios em escala piloto
26
25
20
15
10
7
5
5
5
0
Ensaio 01
Ensaio 02
Ensaio 03
96
94
92
90
88
86
84
82
80
27
30
Cor aparente (uH)
28
27
% Remoção
Cor aparente (uH)
30
25
80
21
75
20
20
70
15
10
5
7
7
65
60
5
% Remoção
Ensaios em bancada
55
0
Ensaio 01
t=30min.
Ensaio 02
t=30min.
Ensaio 03
t=30min.
Cor água bruta
Cor aparente água bruta
Cor aparente remanescente
Cor aparente remanescente
% Remoção
% Remoção
Figura 7 – Cor aparente e percentuais de remoção de cor aparente para ensaios de bancada e na
instalação piloto durante a carreira de filtração, utilizando Sulfato de alumínio com dosagem de
8,0 mg/L.
Observa-se, na Figura 8, que quando se utilizou o PACl 10,6% Al2O3 com dosagem de 5,0mg/L como
coagulante que nem todos os valores de cor aparente remanescentes ficaram em conformidade com a portaria
citada. Observa-se ainda que os valores de cor aparente remanescente obtidos na instalação piloto foram
ligeiramente melhores do que os obtidos em escala de bancada.
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Ensaios em bancada
Ensaios na instalação piloto
49
44
44
40
30
25
20
16
26
26
25
18
10
9
10
11
5
5
80
24
24
25
70
20
20
20
18
20
18
20
60
50
15
40
10
10
10
7
7
8
30
8
6
20
5
04
5
10
En
sa
io
03
En
sa
io
02
En
sa
io
En
sa
io
01
0
5
90
30
Cor aparente (uH)
49
50
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
% Remoção
Cor aparente (uH)
60
0
0
Ens a io 01 Ens a io 01 Ens a io 02 Ens a io 02 Ens a io 03 Ens a io 03 Ens a io 04 Ens a io 04
t=30m in. t=60m in. t=30m in. t=36m in. t=30m in. t=41m in. t=30m in. t=44m in.
Cor aparente água bruta
Cor aparente remanescente
% Remoção
Cor aparente água bruta
Cor aparente remanescente
% Remoção
Figura 8 – Cor aparente e percentuais de remoção de cor aparente para ensaios de bancada e na
instalação piloto durante a carreira de filtração, utilizando PACl Al2O3 com dosagem de 5,0 mg/L.
Para comparar os resultados de percentuais de redução de turbidez e de cor aparente entre os ensaios em escala
de bancada e os ensaios em escala piloto, utilizou-se o teste de Mann-Whitney (Tabela 4). Cabe lembrar que a
hipótese nula (H0) é de que não existe diferença entre as médias e que o nível de significância considerado foi
de 5%, ou seja, se o valor da probabilidade calculada (p) for menor que 0,05 (p0) rejeita-se H0; caso contrário,
aceita-se H0.
Tabela 4: Resumo dos resultados do teste de Mann-Whitney para comparação entre os
ensaios de bancada e os ensaios em escala piloto.
Item analisado
Probabilidade (p) encontrado p0 = 0,05 Hipótese H0
% de remoção de turbidez
p = 0,663
p > p0
aceito H0
(sulfato de alumínio)
% de remoção de turbidez
p = 0,932
p > p0
aceito H0
( PACl 10,6% Al2O3 )
% de remoção de cor aparente
p = 0,662
p > p0
aceito H0
(sulfato de alumínio)
% de remoção de cor aparente
p = 0,350
p > p0
aceito H0
( PACl 10,6% Al2O3 )
Os resultados obtidos mostraram que não existe diferença significativa no que se refere à remoção de cor
aparente e de turbidez entre os ensaios de bancada e os ensaios em escala piloto, tanto para o PACl
10,6% Al2O3, quanto para o sulfato de alumínio. Contudo, os ensaios de bancada são essenciais para definir a
dosagem e o tipo de coagulante a ser utilizado para o tratamento da água, enquanto os estudos em escala piloto
contribuem para avaliar a duração da carreira de filtração e para escolha do meio filtrante.
CONCLUSÕES
Os resultados obtidos neste trabalho indicaram que tanto o sulfato de alumínio, quanto o PACl 10,6% Al2O3
forneceram resultados de redução de turbidez e de cor aparente em acordo com a Portaria nº 518/2004. Pôdese observar que não há diferença significativa entre os resultados de remoção de turbidez e de cor aparente
entre os ensaios de bancada e em escala piloto para a água estuda. A qualidade da água, quando se utilizou o
sulfato de alumínio, foi ligeiramente superior à de quando se utilizou o PACl 10,6% Al2O3. No entanto, a
duração da carreira de filtração foi, nesse caso, mais curta.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1.
DI BERNARDO, L., DI BERNARDO, A., CENTURIONE FILHO, P. L. (2002). Ensaios de
tratabilidade de água e dos resíduos gerados em estações de tratamento de água. São Paulo. RiMa
Editora, pp. 85.
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2.
DI BERNARDO, L. (Coord.), NENDES, C. G. N., BRANDÃO, C. C. S., SENS, M. L., PÁDUA, V.
L., Tratamento de Água para Abastecimento por Filtração Direta, 2003. Rio de Janeiro: ABES, RiMa,
2003. pp. 498.
3.
MINISTÉRIO DA SAÚDE. Portaria no 518, de 25 de março de 2004. Diário Oficial da União,
Brasília.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (Fapemig) pelo
financiamento e concessão da bolsa de Iniciação Científica (Proc. TEC 116/2001) e ao CNPq pela concessão
das bolsas de mestrado, Profix e Produtividade em Pesquisa.
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