4. Materiais e Procedimentos
4.2. Ensaios Industriais
Através dos ensaios laboratoriais definiram-se dosagens ótimas para as diferentes condições de funcionamento quer para o MULTIFLO 3 quer para o MULTIFLO 5.
O doseamento de reagentes num MULTIFLO (decantador lamelar) do tratamento primário afecta várias variáveis, as quais devem, também, ser estudadas com sua alteração. Neste processo de tratamento, existem diversas variáveis controladas, como: a turvação; a matéria seca das lamas espessadas, a qual está relacionada com a altura do manto de lamas no fundo do decantador; e, a remoção de SST do efluente final. Para controlar estas variáveis, ao longo dos ensaios alteraram-se: os caudais de reagentes, que são alterados através da alteração das dosagens de cada reagente (dosagens Jar Test); a taxa de extracção de lamas, que automaticamente altera o caudal de lamas espessadas que afecta também a altura do manto de lamas dentro do decantador; a recirculação de lamas espessadas, que é testada para determinar se a remoção de sólidos e a turvação do efluente final podem ser alteradas com este tipo de processo; os tempos de atraso para o arranque e a paragem do doseamento de reagentes; e, finalmente, a turvação para o arranque do doseamento de reagentes.
Nos ensaios no MULTIFLO 3 as variáveis foram alteradas num sistema contínuo, ou seja, o valor da variável anterior alterada, se a alteração contribuísse positivamente para o melhoramento do processo, mantinha-se aquando da alteração da nova variável. Deste modo, é possível estudar várias variáveis em simultâneo de acordo com um padrão pré-estabelecido.
Tendo em conta a lista de variáveis manipuladas, estabeleceram-se intervalos de tempo para a alteração e implementação de novos valores em cada uma das variáveis, de acordo com a sequência demonstrada na tabela 4.3.
Tabela 4.3 – Sequência de alterações dos ensaios industrias MULTIFLO 3. 1ª Alteração das dosagens de reagentes – dosagens ótimas Jar Test
2ª Alteração dos Tempos de Arranque e de Paragem do doseamento de reagentes 3ª 1ª Alteração do valor da Turvação para o Arranque do doseamento de reagentes 4ª 2ª Alteração do valor da Turvação para o Arranque do doseamento de reagentes 5ª 3ª Alteração do valor da Turvação para o Arranque do doseamento de reagentes 6ª Alteração das taxas de extração
7ª Testes de recirculação
Como já foi referido, na linha de espessamento não foi possível realizar ensaios industriais de acordo com os ensaios Jar Test. Esta impossibilidade é devido ao facto que os resultados verificados nos ensaios laboratoriais determinaram caudais de acordo com o
número de centrífugas em funcionamento, os quais são bastante díspares. Esta diferença de caudais não é possível ser doseada na mesma bomba de doseamento, no caso do coagulante, pois o intervalo de doseamento é muito grande comparativamente ao intervalo verificado no variador eléctrico das bombas.
Para a resolução desta impossibilidade estabeleceu-se um novo regime no MULTIFLO 5, o qual utiliza a bomba de reserva de doseamento de coagulante (103BOM881, figura 3.9) para dosagens baixas e para dosagens altas a bomba de coagulante normal (103BOM851, figura 3.9). A tabela 4.4 sintetiza o novo modo de operação para estes ensaios industriais à linha de espessamento do processo.
Tabela 4.4 – Sequência de alterações dos ensaios industrias MULTIFLO 5.
Para efeitos de comparação, o antigo modo de funcionamento do MUTIFLO era de Lamas+ a dosear 15 a 20 ppm de Cloreto Férrico e 1 a 1,25 ppm de Polímero.
A ETAR de Alcântara detém um plano de recolha de amostras semanal (2 dias por semana – terça-feira e quinta-feira). Através deste plano foi possível recolher todas as semanas, durante os meses de ensaio, amostras de água afluente e efluente ao MULTIFLO 3 e ao MULTIFLO 2, com o auxílio de dois amostradores automáticos (figuras 4.7 e 4.8, respectivamente).
Para efectuar os cálculos necessários para os consumos e custos associados durante os ensaios industriais, consideraram-se as seguintes condições:
Concentração de Polímero na cuba de doseamento: 3‰; Preço Cloreto Férrico 2014: €/tonelada;
Preço Cloreto Férrico 2015 (a partir de Fevereiro): €/tonelada; Preço Polímero 2014 e 2015: €/tonelada.2
2 Os preços dos reagentes Cloreto Férrico e Poliacrilamida Aniónica de 2014 e 2015 estão
omissos por questões de confidencialidade.
Alteração de Dosagens de Reagentes MF 5
Condições / Dosagens Cloreto Férrico Polímero
Baixa Alta Baixa Alta
Até 50 NTU Modo: LAMAS-
>50 NTU 5 ppm 10 ppm 0,25 ppm 0,5 ppm
Figura 4.7 – Amostrador portátil Sigma SD900 da Hatch Company (USA).
Figura 4.8 – Amostrador portátil Isco 6700 da Isco, Inc. Environmental Division (USA).
As amostras compostas de 24 horas são enviadas todas as semanas para o laboratório, onde são medidos os SST para que se possa comparar, através da eficiência de remoção de sólidos, os dois MULTIFLO em estudo. A eficiência de remoção de sólidos pode ser calculada a partir dos SST e/ou da Turvação, como se verifica nas equações 4.2 e 4.3.
Eficiência de Remoção = 1 − (𝑆𝑆𝑇𝑆𝑆𝑇Efluente
Afluente) × 100
Equação 4.2 – Cálculo da eficiência de remoção a partir dos SST. Eficiência de Remoção = 1 − (TurvaçãoTurvaçãoEfluente
Afluente) × 100
Teórica e Cálculos Auxiliares
Para quantificar o caudal de lamas é necessário definir, para cada tempo de extração, a taxa de extração de lamas. Este é calculado através da multiplicação da taxa de extração de lamas pelo caudal afluente ao respectivo órgão de tratamento, como é demonstrado na equação 4.4.
Caudal de Extração de lamas = Taxa de Extração de lamas × Caudal Afluente Equação 4.4 - Caudal de Extração de lamas. Adaptado de (SIMTEJO, 2014)
A taxa de extração de lamas é calculada através da concentração de SST no caudal afluente (mg/L), da eficiência de remoção de sólidos (% SSTafluente) e da concentração de
lamas, que corresponde à matéria seca (%). A taxa de extração calcula-se pela divisão entre a eficiência de remoção, em mg/L, e pela matéria seca (equação 4.5).
Taxa de Extração de lamas =Concentração de Lamas (matéria seca)Eficiência de Remoção × SSTAfluente Equação 4.5 - Taxa de Extração de lamas. Adaptado de (SIMTEJO, 2014)
A matéria seca é definida através da balança de secagem (figura 4.2) da Kern & Sohn GMBH, a qual determina em percentagem ou em g/L, a quantidade de matéria física (teor de lama) existente numa solução concentrada. Em termos de operação, a leitura e determinação da matéria seca permite determinar a quantidade de lama, aproximadamente, presente no órgão de tratamento, que por sua vez, permite estimar a altura do manto de lamas presente dentro da câmara de decantação do MULTIFLO.
O tempo de ciclo (MULTIFLO de 1 a 4) incorpora o tempo de extração de lamas e o tempo de paragem. O tempo de extração de lamas é determinado pela divisão entre o volume de lamas horário e o caudal máximo de bombagem (frequência de 50 Hz corresponde a 30 m3/h de bombagem, segundo (SIMTEJO, 2014)), como é demostrado na equação 4.6.
Tempo de Extração de lamas = Volume de Lamas m3 Caudal Lamasmáximo= 30 m
3
h , para 50 Hz de bombagem Equação 4.6 - Tempo de Extração de lamas. Adaptado de (SIMTEJO, 2014)
Logo, o tempo de paragem obtém-se subtraindo ao tempo de ciclo, 20 minutos segundo (SIMTEJO, 2014), pelo tempo de extração de lamas (equação 4.7).
Tempo de Paragem das Bombas = Tempo de Ciclo − Tempo de Extração de lamas Equação 4.7 - Tempo de Paragem das bombas de Extração. Adaptado de (SIMTEJO, 2014)
No que diz respeito à extração de lamas do MULTIFLO 5/4, esta efetua-se em modo contínuo. Esta diferente operação deve-se ao facto do caudal de lamas, que deverá ser extraído do MULTIFLO 5, ser sempre superior ao caudal mínimo de cada bomba, pois a “formação” de lamas é muito superior à verificada nos MULTIFLO linhas primárias.
A recirculação de lamas consiste em retirar uma percentagem da lama espessada do fundo do decantador lamelar e voltar a colocá-la no sistema MULTIFLO (adição directa na câmara de coagulação, como é demonstrado nas figuras 3.6 e 3.7). Esta operação tem como objectivo juntar flocos já formados (lama espessada) com partículas primárias que se formam na coagulação, originando assim partículas primárias de maiores dimensões e, consequentemente, flocos com maiores densidades na fase seguinte. Um maior peso do floco formado, após floculação, origina um processo de decantação mais favorável, produzindo um efluente mais clarificado e com uma taxa menor de SST.
Esta operação, pela literatura (Spellman F. R., 2014), apenas pode ser utilizada no modo sem reagentes químicos. Esta hipótese não é utilizada, em termos de operação, pois segundo o relatório da KRÜGER (Kruger, 2011) foram testados dois modos de operação com recirculação: sem reagentes e com reagentes. Os resultados deste relatório não foram favoráveis à utilização da recirculação, pois foram registadas taxas de remoção de sólidos e de turvações médias diárias fora dos valores de referência, quer no modo sem reagentes quer no modo com reagentes químicos.
Em termos de operação, a recirculação é baseada no aumento de concentração de SST no afluente do MULTIFLO, ou seja, SSTfinal é resultante da soma de SSTinicial com SSTlamas recirculadas, de forma a controlar a quantidade de lama a recircular. As variáveis de operação
deste tipo de processo são: os SSTafluente (SSTinicial ou SSTafluente), os SSTlamas recirculadas
(aproximadamente igual à matéria seca medida na lama decantada no MULTIFLO), os SSTfinal
(concentração final, no afluente, pretendia), o caudal afluente ao MULTIFLO (Qafluente), e o
caudal de recirculação (Qrecirculação). O caudal de recirculação pode ser calculado com base no
seguinte balanço de massas:
Qrecirculação=[SSTfinal× (Qafluente+ QSSTrecirculação) − Qafluente× SSTafluente] lamas recirculadas ⟺
⇔ Qrecirculação=QafluenteSST× (SSTfinal− SSTafluente) lamas recirculadas ⟺
⟺ Qrecirculação= Qafluente × Taxa de Recirculação de lamas
Sendo,
Taxa de Recirculação de lamas =SSTSSTfinal− SSTafluente
lamas recirculadas × 100%
Equação 4.8 - Cálculo do Caudal e da Taxa de Recirculação de lamas (SIMTEJO, 2014).
A salinidade é um parâmetro que determina a quantidade de sais existentes nas águas naturais, como por exemplo, oceanos, rios, lagos, estuários ou aquíferos. A sua quantificação pode ser descrita como a razão entre a quantidade total de sólidos dissolvidos e a massa de solvente. Segundo (AWWA RF, 2006), existem vários métodos para a determinação da salinidade de uma amostra de água, dos quais se destacam: método resíduo seco; método dos sólidos inorgânicos dissolvidos; e, o método da condutividade elétrica.
O método da condutividade elétrica é o método utilizado na ETAR de Alcântara, a qual recebe diferentes gamas de maré quantificadas pela condutividade. As gamas de salinidade podem classificar-se, segundo (Kumar, Bohra, & Singh, 2003), com a seguinte metodologia:
Condutividade Baixa: 0 a 4000 μS/cm e 0 a 3,5 m de altura média da água do mar; Condutividade Média: 4000 a 10000 μS/cm e 3,5 a 3,8 m de altura média da água do
mar;
Condutividade Alta: 10000 a 20000 μS/cm e 3,8 a 4,4 m de altura média da água do mar.
Considerando, para a altura média das águas do mar, a tabela de marés de 2015, representada no Anexo J (figuras J.1, J.2, J.3 e J.4).