EMPREGO DE MANTAS SINTÉTICAS NOS ESTUDOS DE
TRATABILIDADE DE ÁGUA QUIMICAMENTE COAGULADA
Válter Lúcio de Pádua(1)
Engenheiro Civil pela UFMG, mestre em Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos-USP, onde atualmente desenvolve pesquisa de doutorado.
Luiz Di Bernardo
Professor Titular do Departamento de Hidráulica e Saneamento da Escola de Engenharia de São Carlos-USP.
Endereço(1): Departamento de Hidráulica e Saneamento da Escola de
Engenharia de São Carlos - Av. Dr. Carlos Botelho, 1465 - Centro - São Carlos - SP - CEP: 13560-250 - Brasil - Tel: (016) 271-3466 - Fax: (016) 274-2212 - e-mail: padua@sc.usp.br.
RESUMO
Os estudos relacionados ao emprego de mantas sintéticas não tecidas no tratamento de água para abastecimento público referem-se apenas à tecnologia de filtração lenta. Este trabalho foi desenvolvido visando o emprego de mantas nos estudos de tratabilidade de águas quimicamente coaguladas. Como a água estudada em laboratório apresentava cor verdadeira alta (115?5 uC) e baixa turbidez (4,5?1 uT), é feita uma breve revisão da literatura sobre a remoção de substâncias húmicas em estações de tratamento de água. Em seguida, são relatados estudos sobre o emprego de mantas em instalações piloto de filtração lenta. Posteriormente, descreve-se os materiais e métodos empregados nesta pesquisa, a discussão dos resultados e as conclusões. Os resultados dos ensaios de coagulação-floculação-sedimentação em reator estático de 2 litros indicaram que o emprego de manta sintética não tecida possibilitou reduzir a cor aparente da água decantada, em comparação aos ensaios em que não foi empregada manta. Os melhores resultados relativos foram obtidos para as maiores velocidades de sedimentação. Deve -se ressaltar que estudos complementares, em instalação piloto com escoamento contínuo, vêm sendo realizados na EESC-USP, com a finalidade de avaliar a potencialidade do emprego de mantas em estações de tratamento de água.
Os autores expressam agradecimento à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo pela concessão de bolsa de doutorado ao primeiro autor e pelos recursos financeiros que viabilizaram a realização deste estudo.
INTRODUÇÃO
As pesquisas relacionadas ao emprego de mantas sintéticas não tecidas na filtração lenta foram iniciadas na década de oitenta. As vantagens decorrentes do uso das mantas são evidenciadas em trabalhos publicados por diversos pesquisadores, destacando-se a possibilidade de redução da espessura da camada de areia, aumento na duração da carreira de filtração, maior facilidade de limpeza dos filtros e aumento da taxa de filtração.
Ao contrário da filtração lenta, em que o tratamento da água é feito em apenas uma unidade, nas estações de ciclo completo o tratamento é realizado nas unidades de mistura rápida, floculação, decantação e filtração, e o mau funcionamento de uma delas afeta o desempenho de todas as unidades subseqüentes, resultando em efluente final de pior qualidade.
Nos filtros rápidos, a taxa de filtração pode ser dezenas de vezes superior à dos filtros lentos e a duração da carreira de filtração é de algumas horas, enquanto na filtração lenta chega -se a vários dias ou meses. Os filtros lentos distinguem-se também dos filtros rápidos por serem constituídos por areia de menor granulometria, em geral com tamanho efetivo entre 0,25 e 0,35 mm, enquanto na filtração rápida são empregados grãos de 0,45 a 0,80 mm. Além disso, para se aplicar a tecnologia de filtração lenta, é necessário que a água bruta apresente turbidez, cor e outros parâmetros em valores muito inferiores aos das águas que podem ser tratadas em estações com filtros rápidos precedidos pelas unidades de mistura rápida, floculação e decantação.
Apesar da menor restrição quanto à qualidade da água que pode ser tratada numa estação que emprega a coagulação química, inúmeros fatores podem conduzir ao funcionamento inadequado das unidades que compõem a estação, tais como projeto mal feito, construção errada, sobrecarga de vazão e falhas na operação. Problemas freqüentes também são observados quando a água bruta apresenta alta concentração de determinados tipos de algas, ou cor elevada e baixa turbidez, pois nesses casos há tendência de serem formados flocos de difícil remoção nos decantadores, acarretando sobrecarga de sólidos nos filtros. Deste modo, ocorre redução na duração da carreira de filtração, aumentando os custos operacionais da estação. Para minorar os efeitos decorrentes da formação de flocos leves em estações com decantadores, geralmente empregam-se produtos químicos (oxidantes, algicidas ou polímeros), os quais apresentam o incoveniente de aumentar os custos operacionais da estação e a potencialidade de formarem compostos indesejáveis à saúde humana, além de tornar mais problemática a disposição final do lodo produzido. Pesquisas realizadas nos últimos anos têm demonstrado que a substituição dos decantadores das estações de tratamento de água por unidades de flotação pode ser feita com sucesso. Contudo, em estações já construídas este procedimento pode ser inviável.
O presente trabalho foi realizado com a finalidade de estudar o emprego de mantas sintéticas não tecidas em estações de tratamento de água precedidas por coagulação química, particularmente no caso em que há formação de flocos com baixa velocidade de sedimentação devido a água bruta apresentar cor alta e baixa turbidez.
Os principais objetivos do presente trabalho são:
? sugerir uma metodologia de ensaio para o emprego de mantas sintéticas não tecidas nos estudos de tratabilidade de águas para abastecimento público;
? estudar a influência das mantas sintéticas não tecidas na determinação dos parâmetros de projeto e de operação das unidades de floculação e de decantação, utilizando-se reatores estáticos.
REMOÇÃO DE SUBSTÂNCIAS HÚMICAS EM ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA
A maior parte da matéria orgânica encontrada nas águas naturais é constituída por substâncias húmicas. Tais substâncias são responsáveis pela coloração amarela ou marrom das águas (EDWARDS & AMIRTHARAJAH, 1985).
De acordo com KRASNER & AMY (1995), a matéria orgânica natural (MON) representa mistura heterogênea de compostos orgânicos mal-definidos, de diferentes valores de peso molecular, incluindo substâncias húmicas (hidrofóbicas) e nã o-húmicas. A coagulação química remove preferencialmente as substâncias húmicas (incluindo ácidos húmicos, ácidos fúlvicos, ácidos himatomelânicos e humina) e as de maior peso molecular.
Nos trabalhos de DEMPSEY et al (1984), WEBER Jr. & JODELLAH (1985), JAMES & O’MELIA (1982), DI BERNARDO (1983), EDWARDS & AMIRTHARAJAH (1985), HALL & PACKHAM (1965) e BLACK & WILLEMS (1961) são feitas referências a vários problemas associados à presença de substâncias húmicas na água afluente à estação, que vão desde aspectos estéticos (coloração da água) até a possibilidade de formação de compostos cancerígenos. Outros problemas citados, incluem: aumento na demanda de cloro; redução da capacidade de adsorção do carvão ativado; possibilidade de estabilização e transporte de poluentes orgânicos e inorgânicos ao longo das unidades da estação; aumento no consumo de produtos químicos; dificuldade nas operações de floculação e sedimentação; obstrução de membranas e de resinas trocadoras nos processos de remoção de nitrato e sal.
Segundo DENNETT et al (1996), quando água contendo matéria orgânica dissolvida é submetida à ozonização, podem ser gerados subprodutos biodegradáveis que favorecem o crescimento microbiano dentro dos sistemas de distribuição. SANTAELLA et al (1996), citam referências à causa de corrosão em condutores de água e aceleração do crescimento biológico em reservatórios, devido a substâncias húmicas.
Segundo DULIN & KNOCKE (1989), a remoção de MON exige dosagens elevadas de coagulante, o que aumenta a produção de lodo na estação. Além disso, foi observado piora significativa nas características de desidratação do lodo devido a concentração alta de matéria orgânica na água bruta.
Segundo RICHTER & AZEVEDO NETTO (1991), a duração da carreira de filtração é inversamente proporcional à dosagem de coagulante quando o tratamento da água é feito por filtração direta.
EDZWALD et al (1987) e JAMES & O’MELIA (1982) comentam que a mudança no tipo de coagulante, ou o emprego de polímero, podem reduzir a dosagem de coagulante primário, viabilizando o emprego da filtração direta no tratamento de águas com cor elevada. Para RICHTER & AZEVEDO NETTO (1991), em certas situações a oxidação prévia da cor, utilizando ozônio ou dióxido de cloro, pode ser utilizada visando reduzir a demanda de coagulante a níveis adequados ao emprego da filtração direta. O cloro elementar não é indicado nestes casos pela possibilidade de formação de trihalometanos (THM) na reação com os ácidos húmicos.
Segundo SANTAELA et al (1996), entre os principais métodos para remoção de compostos que causam cor em águas para abastecimento, podem ser citados: coagulação-floculação com sais de ferro ou de alumínio, adsorção em carvão ativado, ozonização, troca iônica, osmose reversa e ultrafiltração. Estudos recentes também têm sido feitos visando a remoção biológica destes compostos.
De acordo com BLACK & WILLEMS (1961), o método mais comum de remoção de cor consiste na coagulação com sal de ferro ou de alumínio, determinando-se, através de ensaios em reatores estáticos, a dosagem de coagulante e o pH para a remoção de cor.
Segundo KRASNER & AMY (1995), a coagulação com sal de alumínio ou de ferro, para remover MON, é feita de acordo com dois mecanismos gerais: (1) adsorção de substâncias húmicas no precipitado de hidróxido de alumínio [Al(OH)3] ou hidróxido de ferro [Fe(OH)3] e
(2) formação de complexos insolúveis das substâncias húmicas com o coagulante (humatos ou fulvatos de alumínio ou de ferro). Geralmente, o primeiro mecanismo é dominante a valores de pH e dosagem de coagulante mais elevados, enquanto o segundo mecanismo (neutralização de carga-precipitação, segundo DULIN & KNOCKE (1989) e EDWARDS & AMIRTHARAJAH (1985), prevalece sob condições de pH e dosagem menores.
No caso do tratamento de águas com cor alta e baixa turbidez, em estações de ciclo completo, o problema decorre da formação de flocos leves, o que requer o projeto dos decantadores com menor taxa de escoamento superficial (TES). Em certos casos, utiliza -se polímero para aumentar a velocidade de sedimentação dos flocos.
Outra alternativa no tratamento de águas com turbidez baixa e cor elevada é a substituição dos decantadores por flotadores. Estas unidades exigem operadores mais qualificados e maior consumo de energia elétrica, mas apresentam muitas vantagens em relação aos decantadores, como as relatadas por CAMPOS & REALI (1985) com base no trabalho de diversos pesquisadores: i) os flotadores são unidades mais compactas; ii) viabilizam a remoção dos flocos resultantes da coagulação e floculação de diversos tipos de água, tais como: águas com alta concentração de algas, águas com cor elevada e água turva com baixo teor orgânico; iii) produção de lodo com maior teor de sólidos; iv) redução do consumo de coagulante primário; v) redução do volume de água descartada junto com o lodo, em relação à porcentagem da vazão total tratada na estação.
Portanto, para atenuar a sobrecarga nos filtros, decorrente da água bruta apresentar cor verdadeira elevada, em geral faz-se uso de polímeros, ou pode ser indicada a substituição das unidades de decantação por unidades de flotação. Contudo, em estações já existentes pode ser inviável a substituição dos decantadores por flotadores e nem sempre há pessoal qualificado para a operação e manutenção destas unidades. Quanto ao uso de polímero, este pode de difícil aquisição em algumas estações, além de representar a adição de mais produto químico à água. A pesquisa desenvolvida neste trabalho visou estudar uma nova alternativa para atenuar problemas de sobrecarga nos filtros, pelo emprego de mantas sintéticas não tecidas.
ESTUDOS SOBRE O EMPREGO DE MANTAS SINTÉTICAS NÃO TECIDAS NO TRATAMENTO DE ÁGUA PARA ABASTECIMENTO PÚBLICO
Desde 1829, quando os filtros de areia foram empregados pela primeira vez no tratamento de água para abastecimento público (FOX & CLEASBY, 1966), muitas inovações foram introduzidas, visando melhorar o desempenho destas unidades, tanto na filtração rápida quanto na filtração lenta, podendo-se citar o emprego de mantas sintéticas não tecidas na filtração lenta, a filtração em dupla camada e a filtração com escoamento ascendente. As pesquisas relacionadas ao emprego de mantas sintéticas não tecidas na filtração lenta são de particular interesse a este trabalho.
As mantas sintéticas são produtos têxteis constituídos por fibras de polímeros orgânicos. Essas mantas dividem-se em dois grupos: tecidas e não tecidas. Segundo MBWETTE & GRAHAM (1990), as mantas tecidas não são apropriadas para a filtração lenta, por possuírem espessura muito pequena (menor que 1,0 mm).
As mantas sintéticas não tecidas são produzidas por diversas técnicas industriais, resultando grande variedade delas no mercado, em função de possuírem diferentes propriedades, tais como espessura, porosidade, massa específica, superfície específica e condutividade hidráulica. Os principais constituintes das fibras das mantas sintéticas não tecidas são polipropileno, poliéster, polietileno, cloreto de polivinila, poliamida e poliestireno.
O emprego de mantas sintéticas não tecidas visa reduzir a penetração de impurezas na areia. Os benefícios decorrentes do emprego de mantas em instalações piloto de filtração lenta, citados por diversos autores, são:
- aumento da duração da carreira de filtração;
- possibilidade de redução da carga hidráulica disponível; - possibilidade do emprego de taxas de filtração mais elevadas; - possibilidade de redução da espessura da camada de areia;
- facilidade na operação de limpeza e diminuição dos serviços de manutenção;
GRAHAM et al (1994) resumiram os resultados exp erimentais de pesquisas sobre o emprego de mantas sintéticas não tecidas na filtração lenta, realizadas no período entre 1983 e 1989. As velocidades de filtração variaram de 0,15 a 0,30 m/h, a espessura dos diferentes tipos de
mantas de 0,5 a 28,8 mm, e a superfície específica de 1 671 a 33 238 m2/m3. O fator de aumento da duração da carreira de filtração dos filtros com manta, em relação aos filtros sem manta, variou de 0,6 a 8,3. A partir destes trabalhos, os pesquisadores construíram, por interpolação, a Figura 1, na qual estão relacionadas a superfície específica, a espessura da camada de manta e o fator de aumento da duração da carreira de filtração.
Figura 1 - Alteração na duração da carreira de filtros lentos em função da espessura e da superfície específica das mantas (GRAHAM et al, 1994).
Embora a Figura 1 tenha sido baseada em um número limitado de dados, e a carga hidráulica disponível para retenção de impurezas, a velocidade de filtração e a qualidade do afluente não tenham sido consideradas, GRAHAM et al (1994) observam que pode-se identificar a relação entre a superfície específica e a espessura da manta, para otimizar o desempenho dos filtros lentos. Pela Figura 1, percebe-se que a região ótima de aumento da carreira de filtração corresponde a mantas com superfície específica entre 13 000 e 14 000 m2/m3.
Para mantas com elevada área superficial específica, a filtrabilidade é tão grande que, para qualquer espessura de manta superior a 1 mm, a perda de carga é alcançada mais rapidamente que nos filtros lentos convencionais de areia. Embora uma pequena espessura destas mantas previna a penetração de partículas na areia, elas não são eficientes na redução da freqüência de limpeza dos filtros. Por outro lado, mantas muito porosas e com baixa superfície específica possibilitam aumentar a duração da carreira de filtração, sendo que o fator de aumento cresce com a espessura da manta. Contudo, a baixa filtrabilidade destas mantas conduz a uma apreciável penetração de partículas na camada de areia, mesmo para a espessura de aproximadamente 3 cm, de forma que a perda de carga ocorre principalmente na areia (GRAHAM et al, 1994).
GRAHAM et al (1994) comentam que apesar da Figura 1 ter sido obtida por interpolação, e os dados poderem variar em função da qualidade do afluente, parece haver uma relação
exponencial entre o fator de aumento da duração da carreira de filtração e a espessura da camada de manta, como pode ser notado para as mantas de baixa superfície específica. Contudo, é possível que, para uma manta particular, haja uma espessura limite que corresponda ao aumento máximo da duração da carreira de filtração. Entretanto, os pesquisadores recomendam que a espessura total das mantas não ultrapasse a 2 ou 3 cm, a fim de não dificultar a remoção das mesmas para limpeza.
Segundo GRAHAM et al (1994), a área superficial específica e a espessura são os parâmetros que melhor definem a adequabilidade de uma camada de manta a ser usada na filtração lenta, em função da qualidade do afluente. Contudo, algumas considerações devem ser feitas a respeito da porosidade e natureza da manta (diâmetro da fibra, material e método de manufatura).
Como se pode notar, as pesquisas sobre a utilização de mantas sintéticas no tratamento de água para abastecimento público restringem-se à tecnologia de filtração lenta. Com a finalidade de avaliar a viabilidade do emprego de manta em estações com filtração rápida precedida por coagulação química, foram adotados os procedimentos descritos no item Materiais e Métodos.
MATERIAIS E MÉTODOS
Neste trabalho foram realizados ensaios de coagulação-floculação-decantação utilizando-se seis reatores estáticos de 2 litros com agitadores independentes, conforme mostrado na Figura 2. A água de estudo, preparada em laboratório pela adição de caulinita e ácido húmico à água não-clorada do poço artesiano da EESC-USP, apresentou as seguintes características físico-químicas: cor verdadeira=115?5 uC, turbidez=4,5?1 uT, alcalinidade=31?1 mg CaCO3/L,
dureza= 14 mg CaCO3/L, condutividade elétrica 50?3 ?S/cm.
Foram estudados quatro tipos de mantas sintéticas não tecidas compostas por fibras de três materiais combinados em diferentes porcentagens: poliamida, poliéster e polipropileno. As características físicas destas mantas estão descritas na Tabela 1.
Tabela 1: Propriedades físicas de quatro mantas sintéticas não tecidas produzidas no Brasil.
Parâmetro Manta 1 Manta 2 Manta 3 Manta 4
diâmetro médio das fibras (?m) 42,43 37,81 45,09 23,96
massa específica (g/cm3) 0,123 0,108 0,115 0,106 porosidade (%) 89,0 91,0 88,3 92,3 superfície específica (m2/m3) 10 360 9 500 10 388 12 778 permeabilidade (mm/s) 7,01 7,33 7,16 4,23 espessura (mm) 5 5 5 5 Fonte: PATERNIANI (1991)
Os ensaios foram realizados na seguinte seqüência:
a) determinação do pH de coagulação e da dosagem de coagulante para a água em estudo. Nesta etapa foram adotados os seguintes parâmetros de ensaio: tempo de mistura rápida (Tmr) =5 s, gradiente de velo cidade médio de mistura rápida (Gmr) =800 s-1, tempo de floculação (Tf) =20 min, gradiente de velocidade médio de floculação (Gf)= 25 s-1, velocidade de sedimentação (Vs) =3,5 cm/min;
b) otimização do gradiente de velocidade médio de floculação sem o emprego de mantas (15, 25, 35, 45 e 55 s-1) para os tempos de 5, 10, 15 e 20 min, mantendo-se o pH de coagulação, dosagem de coagulante, tempo e gradiente de velocidade médio de mistura rápida e velocidade de sedimentação da etapa anterior;
c) realização de ensaios de coagulação-floculação-decantação com as quatro mantas disponíveis, mantendo-se as condições de ensaio especificadas na etapa (a);
d) realização de ensaios de coagulação-floculação-decantação sob as condições otimizadas na etapa (b) para as velocidades de sedimentação de 10; 5, 3,5; 2 e 1 cm/min. Nesta etapa, no ponto de tomada de amostra de um dos frascos da instalação mostrada na Figura 2, foi colocada a manta selecionada na etapa (c) e em outro frasco o ensaio foi realizado sem o emprego de manta.
O diagrama de coagulação da água estudada foi obtido para pH de coagulação de 5,25 a 7,21 e dosagem de coagulante de 10 a 70 mg/L. Entretanto, na Figura 3 é mostrada apenas a região do diagrama em que foram obtidos os melhores resultados de remoção de cor aparente da água estudada. No pH de 6,07 com dosagem de 40 mg/L de cloreto férrico obteve-se o menor valor de cor aparente remanescente (44 uC). No entanto, optou-se por realizar os ensaios de otimização da floculação com a dosagem de 20 mg/L de cloreto férrico e pH de coagulação de 5,83, no qual resultou cor aparente remanescente de 74 uC. Este procedimento foi adotado visando avaliar se a utilização de manta possibilitaria reduzir a dosagem de coagulante sem prejuízo à qualidade da água decantada.
Figura 3 - Diagrama de coagulação da água estudada: região de menor cor aparente remanescente.
Na Figura 4 estão representados os resultados dos ensaios realizados sob diferentes condições de floculação: Gf=15, 25, 35, 45, 55s-1 e Tf=5, 10, 15, 20 min. As demais condições de ensaio foram idênticas às adotadas para construir o diagrama de coagulação. Observa-se que para o tempo de floculação igual a 5 min, o melhor resultado foi obtido com Gf=45s-1. Com Tf=10 min, a menor cor aparente remanescente foi conseguida com Gf=25s-1. Para os tempos de floculação de 15 e 20 min, os melhores resultados foram conseguidos com Gf=15s-1. Estes resultados são coerentes com a cinética da floculação, observando-se diminuição do Gf ótimo à medida que aumenta o tempo de floculação. Para Tf=20 min, o mesmo utilizado nos ensaios para construção do diagrama de coagulação, obteve -se cor aparente remanescente igual a 46 uC, valor bastante inferior ao obtido com Gf=25s-1 (74 uC) e bem próximo ao obtido no ensaio com dosagem de coagulante duas vezes superior (40 mg/L) com Gf=25s-1 e Tf=20 min. Estes
resultados demonstram a importância da realização de ensaios visando otimizar as condições de floculação.
Figura 4 - Representação gráfica dos resultados dos ensaios para determinação do gradiente de velocidade médio de floculação em função do tempo de floculação.
Gmr=800s-1, Tmr=5s, Vs=3,5 cm/min, Dosagem de cloreto férrico=20mg/L 0 50 100 150 200 5 10 15 20
Tempo de floculação (min)
Cor aparente remanescente (uT) Gf=15s-1 Gf=25s-1 Gf=35s-1 Gf=45s-1 Gf=55s-1
Na Figura 5 são exibidos graficamente os resultados dos ensaios para escolha do tipo de manta. A menor cor aparente remanescente foi obtida com o emprego das mantas M1 e M3. Entretanto, os ensaios posteriores foram realizados com a manta M3, pois a turbidez remanescente com o uso dessa manta foi de 0,65 uT, enquanto com a manta M1 este valor
resultou em 0,76 uT. Observa-se que as mantas M1, M2 e M3 possibilitaram reduzir a cor aparente remanescente a valores da ordem de 30 uC, enquanto no ensaio sem o emprego de manta a cor aparente remanescente foi de 66 uC.
Figura 5 - Resultados dos ensaios para escolha do tipo de manta.
Gmr=25s- 1, Tmr=5s, Gf=25s-1, Tf=20min, Vs=3,5cm/min, dosagem de cloreto férrico=20mg/L
0 10 20 30 40 50 60 70 M1 M2 M3 M4 sem manta Tipo de manta Cor aparente remanescente (uC)
Na Figura 6 são representados os resultados comparativos entre os ensaios realizados com manta e aqueles sem o emprego de manta, para diferentes velocidades de sedimentação. Nestes ensaios adotou-se o gradiente de velocidade médio de floculação otimizado para cada tempo: Tf=5min e Gf=45s-1, Tf=10min e Gf=25s-1, Tf=15min e Gf=15s-1, Tf=20min e Gf=15s-1. Figura 6 - Resultados dos ensaios realizados sob diferentes condições de floculação e de velocidade de sedimentação.
Gmr=800s-1, Tmr=5s, Gf=45s- 1, Tf=5min, Dosagem de cloreto férrico=20mg/L
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 10 5 3,5 2 1
Velocidade de sedimentação (cm/min)
Cor aparente
remanescente (uC)
Manta M3 Sem manta
Gmr=800s-1, Tmr=5s, Gf=25s- 1, Tf=10min, Dosagem de cloreto férrico=20mg/L
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 10 5 3,5 2 1
Velocidade de sedimentação (cm/min)
Cor aparente
remanescente (uC)
Manta M3 Sem manta
Gmr=800s-1, Tmr=5s, Gf=15s- 1, Tf=15min, Dosagem de cloreto férrico=20mg/L
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 10 5 3,5 2 1
Velocidade de sedimentação (cm/min)
Cor aparente
remanescente (uC)
Manta M3 Sem manta
Gmr=800s-1, Tmr=5s, Gf=15s- 1, Tf=20min, Dosagem de cloreto férrico=20mg/L
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 10 5 3,5 2 1
Velocidade de sedimentação (cm/min)
Cor aparente
remanescente (uC)
Manta M3 Sem manta
Pela Figura 6, observa-se que para todos os tempos de floculação e velocidades de sedimentação estudadas, o emprego de manta possibilitou reduzir a cor aparente da água decantada, em relação aos ensaios em que a manta não foi utilizada. Os melhores resultados relativos foram obtidos com os tempos de floculação de 15 e 20 min e para as velocidades de sedimentação maiores (5 e 10 cm/min). Estes fatos demonstram que a eficiência da manta está relacionada com o tamanho das partículas a serem removidas.
Para as velocidades de sedimentação menores (1 e 2 cm/min) a melhoria na qualidade da água devido ao emprego de manta não foi muito significativa, pois à medida que diminui a velocidade de sedimentação, diminui também o tamanho das partículas remanescentes, as quais são mais difíceis de serem retidas pela manta. A menor eficiência da manta na remoção de cor aparente, observada nos ensaios com tempos de floculação de 5 e 10 min, também decorre da presença de flocos menores, uma vez que para estes tempos os gradientes de velocidade médios otimizados resultaram iguais a 45 e 25 s-1, respectivamente, enquanto nos ensaios com Tf=15 e 20 min, resultou Gf=15 s-1.
Gradientes de velocidade médios de floculação com valores mais altos são necessários para tempos de floculação menores, mas são formados flocos de menor tamanho.
CONCLUSÕE S
Para utilizar mantas sintéticas não tecidas nos estudos de tratabilidade de águas quimicamente coaguladas, sugere-se a seguinte seqüência de ensaios: a) construção do diagrama de coagulação sem o emprego de manta, b) otimização das condições de floculação sem o emprego de manta, c) realização de ensaios com diversos tipos de manta, para um tempo e gradiente de velocidade médio de floculação pré-definido, escolhendo-se a manta que fornecer melhores resultados para remoção de cor ou de turbidez da água bruta, d) ensaios comparativos sem a utilização de manta e ensaios com a manta selecionada, para diferentes velocidades de sedimentação, com gradiente de velocidade médio otimizado para cada tempo de floculação. Os resultados obtidos possibilitarão prever se o emprego de manta permitirá alterar os parâmetros de projeto ou de decantação sem prejuízo à qualidade da água produzida. Nos ensaios com a água estudada, observou-se que o emprego de manta possibilitou reduzir o tempo de floculação e aumentar a velocidade de sedimentação. No entanto, a etapa de floculação exerceu grande influência na eficiência da manta em remover partículas suspensas da água. É de se prever que as mantas possuem menor capacidade de atenuar problemas de sobrecarga na unidade de floculação do que na unidade de decantação.
Deve-se ressaltar que as conclusões deste trabalho referem-se a estudos realizados em reator estático. Pesquisa complementar, visando avaliar a potencialidade do emprego de mantas em estações de tratamento de água vem sendo realizada na EESC-USP.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. BLACK, A. P.; WILLEMS, D. G. Electrophoretic studies of coagulation for removal of organic color. Jour. AWWA, p. 589-604, vol. 53, May. 1961.
2. CAMPOS, J. R.; REALI, M. A. P. Emprego da flotação por ar dissolvido no tratamento de água para abastecimento. Revista DAE, vol. 45, n. 141, p. 290-297, set. 1985.
3. DEMPSEY, B.A.; GANHO, R.M.; O’MELIA, C. R. The coagulation of humic substances by means of aluminum salts. Jour. AWWA, p. 141-150, vol. 76, n.4, Apr. 1984.
4. DENNETT, K.E.; AMIRTHARAJAH, A. ; MORAN, T.F.; GOULD, J.P.
Coagulation: its effect on organic matter. Jour. AWWA, p.129-142, vol. 88, n. 4, Apr. 1996.
5. DI BERNARDO, L. Tratamento de águas de abastecimento de cor elevada. Revista DAE, n.133, p.61-65, jun. 1983.
6. DULIN, B.E.; KNOCKE, W.R. The impact of incorporated organic matter on the dewatering characteristics of aluminum hydroxide sludges. Jour. AWWA, p.74-79, vol. 81, n. 5, May. 1989.
7. EDWARDS, A.; AMIRTHARAJAH, A. Removing color caused by humic acids. Journ. AWWA, p.50-57, vol. 77, n. 3, Mar. 1985.
8. EDZWALD, J. K.; BECKER, W.C.; TAMBINI, S. J. Organics, polymers, and performance in direct filtration. Journal of Environmental Engineering, vol. 113, n. 1, p. 167-185, Feb. 1987.
9. FOX, D.M.; CLEASBY, J.L. Experimental evaluation of sand filtration theory. JASCE, vol.92, n.SA5, Oct. 1966.
10. GRAHAM, N.J.D.; MBWETTE, T.S.A.; DI BERNARDO, L. Fabric protected slow sand filtration: a review. In: Slow Sand Filtration - an international compilation of recent scientific and operational developments. American Water Works Association, 1994. p.95-105.
11. HALL, E. S.; PACKHAM, R. F. Coagulation of organic color with hydrolyzing coagulants. Jour. AWWA, vol. 57, p. 1149-1166, Sep. 1965.
12. JAMES, C. R.; O’MELIA, C. R. Considering sludge production in the selection of coagulants. Jour. AWWA, vol. 74, n. 3, p. 148-151, Mar, 1982
13. KRASNER, S.W.; AMY, G. Jar-test evaluations of enhanced coagulation. Jour. AWWA, vol. 87, n.10, p. 93-107, 1995.
14. MBWETTE, T.S.A.; GRAHAM, N.J.D. Performance of fabric protected slow sand filters treating lowland surface water. Journal of the instituition of water and environmental management. p.51-61, Feb. 1990.
15. PATERNIANI, J.E.S. Utilização de mantas sintéticas não tecidas na filtração lenta em areia de águas de abastecimento. Tese (Doutorado). Escola de Engenharia de São Carlos, USP, 1991. 245p.
16. RICHTER, C.A; AZEVEDO NETTO, J.M. Variantes envolvidas no processo de filtração direta. In: Tratamento de água, tecnologia atualizada, 332p. Editora Edgard Blücher, Ltda. São Paulo, 1991.
17. SANTAELLA, S.T.; CAMPOS, J.R.; LINHARES, I.L. Perspectivas de remoção de cor (substâncias húmicas) de águas destinadas ao abastecimento público, mediante
processo biológico - Engenharia Sanitária e Ambiental, ano 1, vol.1, n.1, p. 14-17, jan/mar 1996.
18. WEBER Jr., W.J.; JODELLAH, A.M. Removing humic substances by chemical treatment and adsorption. Jour. AWWA, vol. 77, n. 4, p. 132-137, Apr. 1985.
