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        TRATAMENTO FISICO-QUIMICO DE ESGOTOS E REUSO DO EFLUENTE
                      CADA IDÉIA TEM SEU TEMPO 

José Soares Pimentel, MSc. (Eng.)
Engenheiro Civil e Sanitarista, Mestre em Engenharia de Saúde Pública Tropical, Coordenador de P&D da
Superintendência de Desenvolvimento Tecnológico – TD

                                                                        “Nenhum exército pode resistir à força de
                                                                                 uma idéia cujo tempo chegou.”
                                                                                                    Victor Hugo


 Neste trabalho, descrevem-se as fases de um experimento realizado na Estação de Tratamento de Esgotos de
 Knostrop em Leeds, Inglaterra, durante o ano de 1991, onde se utilizou uma seqüência de processos unitários
 visando produzir um efluente com características de água industrial. Iniciando pela adição de cal (hidróxido de
 cálcio) ao esgoto bruto coletado no canal de entrada da Estação, seguiram-se a carbonatação, a flotação por ar
 dissolvido e a filtração rápida. Embora se possa obter por esse método um efluente com características
 compatíveis com o uso industrial pretendido, o processo físico-químico utilizando cal tem sido preterido pelas
 municipalidades por apresentar grande aumento na produção de lodo. Esse lodo, porém, por seu alto teor de cal,
 permite a recuperação dessa substância que retorna ao início do processo. A água clarificada do carbonatador
 recebe adição de sulfato de alumínio em câmara de mistura rápida (coagulação) e, em seguida, penetra na coluna
 de flotação por ar dissolvido. O sobrenadante é parcialmente reciclado para reaproveitamento do coagulante. O
 efluente do flotador passa então pelo filtro rápido de areia, de onde uma pequena parcela é recirculada mediante
 bombeamento passando por um tanque pressurizado e, uma vez saturada de ar dissolvido, é liberada na massa
 líquida no interior da coluna de flotação. Essa liberação da pressão promove a formação de uma nuvem de
 bolhas finas que aderem aos flocos que, por sua vez, sofrem aderência dos sólidos em suspensão, e tudo é
 arrastado para a superfície.
 Ainda neste trabalho, comparam-se em termos de eficiência, vantagens e desvantagens, os resultados do
 tratamento com cal e o processo que utiliza Cloreto Férrico e polímero (CEPT), conforme pesquisa realizada
 recentemente na SABESP. Um arranjo que permite duplicar a vazão tratada de uma ETE convencional existente
 é também apresentado.




1. INTRODUÇÃO

O tratamento físico-químico dos esgotos municipais, até recentemente, era considerado em
princípio como economicamente inviável. A predominância da utilização de processos naturais
como os biológicos tidos atualmente como “convencionais” induzia à rejeição automática da
idéia de introdução de produtos químicos, geralmente importados, no tratamento de esgotos.
Utilizado no passado com o emprego de cal e outras misturas coagulantes patenteadas até o
início deste século, com o desenvolvimento do filtro biológico, os processos baseados em TFQ
cederam lugar para os tratamentos convencionais conhecidos hoje em dia, principalmente, o de
lodo ativado. Em 1935 reapareceu o uso de carvão ativado na remoção de matéria orgânica,
sendo que, aplicações relevantes de adsorsão na seqüência de coagulação química vieram a
ocorrer somente nos anos 60.

Com o aumento da população e das aglomerações urbanas e a conseqüente deterioração dos
recursos hídricos provocando escassez de água, a necessidade de reuso do efluente tratado dos
esgotos tem reacendido o interesse por processos que auxiliem os tratamentos convencionais ou,
mesmo, que os substituam. Os avanços tecnológicos e as demandas ambientais têm, cada vez
mais, tornado viáveis os processos físico-químicos no tratamento de esgotos.

Dentre as várias formas de uso das águas recuperadas, a que talvez apresente viabilidade mais
imediata na RMSP é o fornecimento de água industrial (como água de resfriamento). O benefício

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mais relevante, neste caso, seria o de reservar as águas primárias para o abastecimento
doméstico. Em São Paulo, o consumo industrial de água tratada (clorada e fluoretada) eqüivale
ao consumo de cerca de dois milhões de pessoas.


2. OBJETIVOS DA PESQUISA EM TFQ

O reuso de água, direto ou indireto, exige tratamento dos efluentes com tecnologia adequada que
atenda aos requisitos de:

•   Sólidos em suspensão e turbidez baixos para reduzir o efeito “shielding” na desinfeção;
•   Baixa concentração de DQO;
•   Desinfeção por contato por dose suficiente de desinfetante.

O objetivo da pesquisa em TFQ é investigar uma tecnologia adequada ao reuso do efluente
tratado que possa ser aplicada às estações de tratamento primário existentes ou como
complemento ao tratamento biológico convencional. Os tratamentos avançados de esgotos,
dentre os quais o TFQ, incluem coagulação e floculação químicas removendo poluentes que não
são adequadamente removidos por processos convencionais. Têm o propósito de aliviar a
poluição dos cursos d’água, ou fornecer água com qualidade e quantidade suficientes para reuso,
ou ambos.

Os poluentes mais visados são fósforo orgânico solúvel e nitrogênio; matéria orgânica que
contribui para DBO, DQO, cor e gosto; bactéria e vírus; sólidos coloidais que contribuem para
turbidez; e minerais solúveis que possam interferir no uso do efluente.


3. SEQUENCIA DE TRATAMENTOS

3.1 Múltiplas barreiras

O tratamento avançado de esgotos visando reuso do efluente é um processo de múltiplas
barreiras cujo grau de complexidade vai desde a simples adição em pequenas doses de cloreto
férrico e polímeros no tratamento primário até a adoção de processos unitários sofisticados como
osmose reversa, troca iônica, membranas filtrantes, etc., dependendo da qualidade do efluente
exigida para o uso determinado. O número de processos unitários envolvidos varia de acordo
com a escolha dos coagulantes na seqüência de tratamentos. A inclusão de processos naturais na
seqüência de tratamento como os que utilizam gramínias e macrofilos tem sido utilizada para o
reuso potável indireto.

Para a potabilização de água residuária, conforme projeto demonstração em Dever, Co., em que
se utilizou a água produzida na dessedentação de gado durante dois anos, com avaliação dos
efeitos à saúde dos animais, foram necessárias de 3 a 5 barreiras, sendo a primeira delas a
elevação do pH por adição de cal (Lauer, 1991). Mais recentemente, no lago Arrowhead,
Califórnia, um projeto demonstração (12000 l/d) incluía denitrificação seguida de
coagulação/floculação/sedimentação por sulfato de alumínio, filtros de areia, ozonização
primária, filtração em carvão ativado granular, ultrafiltração/nanofiltração, osmose reversa e
desinfeção final por ozônio. O objetivo, neste caso, era o reuso potável indireto, uma vez que o
lago era a única fonte de abastecimento e estava severamente afetado pela seca prolongada
(Madireddi et al., 1997).

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Em Cingapura, um projeto tratando 45000 m3 /dia, com TFQ complementar ao processo de lodos
ativados, fornecia água para descarga de toaletes, lavagem de pisos, resfriamento industrial,
manufatura de papel, têxteis, plásticos, borracha, produtos químicos e produtos de aço. Na
tentativa de se obter água de ultra pureza para uso na indústria eletrônica, acresceram-se seis
barreiras. Mesmo sem atingir o padrão exigido, os custos mostraram-se proibitivos (Chin e Ong,
1991).

Um caso clássico de TFQ utilizando cal (400 ppm) e cloreto férrico (14 ppm) combinado com o
processo biológico é o do distrito de Contra Costa Central, EUA, instalado em 1975 para venda
de água industrial (72000 m3 /dia) com as seguintes características:

•   DBO: 10 mg/l
•   COT: 20 mg/l
•   PTOTAL : 1 mg/l
•   NTOTAL : 5 mg/l

Um campo aberto para pesquisa, muito citado na literatura, é a utilização de zeólitas (resinas
naturais) no tratamento físico-químico de esgotos, processo equivalente ao de troca iônica que,
provavelmente, já começa a apresentar viabilidade econômica. Também o uso de magnetita, uma
forma magnética de óxido de ferro, um mineral comum, combinado com pequenas doses de
cloreto férrico e polieletrólito, foi utilizado em Melbourne, Austrália, na clarificação de esgotos
com recuperação total da magnetita.



3.2 Processos físicos

Após coagulação e floculação são empregados métodos gravitacionais como decantação,
flotação e filtração. No processo biológico convencional, a decantação é aplicada em dois
estágios: antes e depois da fase biológica. Com a adição de coagulantes químicos, a
sedimentação é fortemente acelerada. Mesmo assim, partículas finas e coloidais permanecem no
efluente causando turbidez. Se o efluente for destinado para reuso, processos adicionais serão
necessários para melhorar sua qualidade. O método físico que melhor se aplica, neste caso, de
acordo com a literatura, é a flotação por ar dissolvido seguida de filtração. Tal seqüência foi
utilizada no experimento que se descreve a seguir.


4. TFQ COM CAL E SULFATO DE ALUMINIO

A descrição a seguir baseia-se em experimento realizado durante o ano de 1991 na Estação de
Tratamento de Knostrop, em Leeds, Inglaterra, com dados extraídos da dissertação apresentada
para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Saúde Pública e apoiados na literatura
especializada.


4.1 Efetividade da cal no tratamento de esgotos

As matérias em suspensão e coloidais, incluindo bactéria, são removidas num complexo de
reações químicas e processos físicos como resultado da adição de cal. A alta eficiência na


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remoção da maioria dos contaminantes é devida à precipitação, em pH elevado, do fosfato de
cálcio, do carbonato de cálcio e do hidróxido de magnésio. Para ilustrar o exposto, apresenta-se
de modo simplificado a seguinte seqüência de reações:


                                 Ca(OH)2 → Ca++ + 2OH -

                   3Ca++ + 2OH- + 2HPO4 -- → Ca3 (PO4)2↓ + 2 H2O

                         Ca++ + CO3 - + OH- → CaCO3↓ + H2 O

                                 Mg++ + 2OH - → Mg(OH)2↓

O princípio que rege esta fase do tratamento é similar ao que ocorre no processo de
abrandamento de águas duras, com exceção do fosfato proveniente das águas residuárias. Esses
precipitados agem como coagulantes para partículas presentes no esgoto, removendo também
contaminantes orgânicos por adsorsão. Fósforo é então altamente removido e, nesta fase,
enquanto o pH se mantiver elevado, é também possível remover Nitrogênio por “stripping” da
amônia na forma de gás. Nesse processo também ocorre a remoção de metais pesados, embora
seja aconselhável, por motivos econômicos e ambientais, que estes sejam controlados na fonte de
produção.


4.2 Determinação da dosagem de cal

A dosagem mínima de cal no tratamento de esgotos a pH elevado pode ser determinada pela
somatória das dosagens proporcionais aos seguintes elementos presentes no esgoto bruto:

•   Dose proporcional à alcalinidade e à amônia para elevar o pH ao nível desejado;
•   Dose necessária para precipitar o magnésio na forma de hidróxido; e
•   Dose proporcional ao ortofosfato para precipitar o fósforo na forma de fosfato.


4.3 Carbonatação natural

Esta fase do tratamento físico-químico é importante no tratamento com cal em pH elevado,
porém não é necessária quando se utiliza coagulantes que não elevam o pH. Ela ocorre em
seguida à decantação e consiste na absorção do dióxido de carbono pela superfície do líquido em
contato com o ar. A redução do pH, nesta fase, pode ser acelerada pela insuflação de dióxido de
carbono no efluente do decantador.




4.4 Flotação por ar dissolvido

Por esse processo, ar é dissolvido em água sob pressão; microbolhas de ar são liberadas do
líquido saturado no efluente a ser tratado, pela redução da pressão ao nível atmosférico. Uma
nuvem de bolhas muito finas arrastam para cima os flocos contendo as impurezas, capturando

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em seu caminho os sólidos em suspensão. A relação entre a solubilidade do ar e a pressão
absoluta é regida pela Lei de Henry, admitindo-se que nenhuma reação ocorra entre as duas
fases, líquida e gasosa, caso em que a solubilidade do gás é diretamente proporcional à pressão
absoluta do gás em equilíbrio com o líquido. A lei de Henry é representada pela equação:


                                             C=kP

onde:

C = concentração de ar dissolvido na saturação, mg/l

P = pressão de saturação, kPa

k = constante de Henry (0,226 mg/l/kPa a 20ºC)

Os principais fatores que afetam a eficiência da flotação por ar dissolvido, conforme relatado na
literatura, são a relação ar/sólido (A/S) e o tamanho da bolha (Lovet e Travers, 1986). O
parâmetro A/S é definido como sendo a quantidade de ar (A) liberada da solução para a
quantidade de sólido (S) em suspensão presente no esgoto. Para espessamento de lodo, por
exemplo, o parâmetro A/S é dado, em relação à solubilidade do ar em água, pressão de operação
e concentração de sólidos no lodo, pela seguinte equação:


                                 A/S = (1,205RC s/Xo)(fP-1)
onde:

A/S = relação ar/sólido, Kg de ar liberado/Kg de sólido (peso seco) aplicado
 Xo = concentração de sólidos, mg/l
 Co = concentração de ar a 1 atm de pressão, ml/l (18,7 ml/l a 20ºC)
 R = taxa de recirculação do efluente
 P = pressão, atm
 f = eficiência do sistema de pressurização, usual 0,8

A solubilidade do ar varia inversamente com a temperatura e diretamente com a pressão.

O tamanho das microbolhas tem um efeito significativo sobre a agregação das bolhas às
partículas e isto depende do método de liberação do ar dissolvido no interior da massa líquida a
ser tratada. O processo de flotação por ar dissolvido requer condicionamento dos sólidos que
entram na célula de flotação. A suspensão deve ser dosada com coagulante para formar flocos
dentro da unidade de flotação onde ocorre a aderência das bolhas que provocarão o movimento
vertical para cima. Uma boa dispersão do ar e dos sólidos afluentes é necessária para a boa
misturação que é essencial para que haja colisão de partículas com as microbolhas de ar e
conseqüente agregação.

Um método eficiente de saturação da água reciclada é através de torre com enchimento
pressurizada. Válvula de agulha permite um bom controle da vazão de água saturada com ar na
coluna de flotação.


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4.5 Processo experimental

Uma seqüência de processos constituída por tratamento com cal em pH elevado, carbonatação
natural, flotação e filtração rápida foi desenvolvida em escala de vazão controlada (10 l/h) na
Estação de Tratamento de Knostrop, em Leeds, Inglaterra, no período de dezembro de 1990 a
julho de 1991, incluindo projeto e montagem do equipamento. O experimento teve como
objetivo investigar a possibilidade de se produzir água para reuso industrial a partir do esgoto
doméstico. Amostras compostas eram coletadas de hora em hora no esgoto bruto e no efluente de
cada fase do tratamento e analisadas ao fim de cada jornada para os seguintes parâmetros:

•    SST
•    DQO
•    Amônia – N
•    Fosfato – P
•    Magnésio
•    Coliforme fecal
•    Condutividade elétrica

Alcalinidade, pH e turbidez eram determinados “in loco” sendo que os dois primeiros, em
conjunto com as determinações de magnésio, eram utilizados como parâmetros de controle da
dosagem de cal. A Fig. 1 mostra o equipamento utilizado na pesquisa.




    Fig.1 – Fluxograma de processo do tratamento com cal e sulfato de alumínio




                                                                                              6
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4.6 Resultados da Pesquisa com cal

Os números apresentados na tabela a seguir são valores médios que se podem obter com
dosagens de 700 mg/l de cal, Ca(OH)2 (aproximadamente 500 mg/l de CaO) e 110 mg/l de
sulfato de alumínio.

 Processos            pH     SST Turb. DQO NH3 -N PO4 -P Alcalin.       CE
 unitários                  (mg/l) (ut) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l)* (mS/cm)
 Esgoto Bruto         7,8    132    51   524     18    3,7     176     1,36
 Decantador          11,3     86      26      144     16      0,5     268      1,42
 % de remoção                 35      49       73     11      86
 Carbonatador         8,5     11       4      97      15      0,2     145      1,25
 % de remoção                 92      92      81      17      95
 Flotador             7,4     19       8      78      15      0,02     40      1,25
 % de remoção                 86      84      85      17       99
 Filtro                7       1      0,3     73      15      0,02     90      1,15
 % de remoção                 99      99      86      17       99
 (*)CaCO3


4.7 Fase Sólida do TFQ com cal e sulfato de alumínio

Determinações da produção de lodo foi prejudicada neste experimento por ineficiência do
sistema de remoção. Devido ao seu pequeno porte, a aderência de lodo às paredes do decantador
e chicanas tornou-se significativa e falsearam os resultados. Entretanto, determinações mais
cuidadosas que incluíram a lavagem completa do tanque de sedimentação foi realizada com o
tratamento de efluente secundário. O volume de lodo gerado foi medido com utilização de um
cone Imhoff resultando em média 21 ml por litro de efluente; os sólidos do lodo foram secados e
pesados resultando em 37 g por litro de lodo que corresponde a uma produção de lodo de 0,78 g
de lodo seco por litro de efluente tratado. Valores típicos de lodo a mais daquele normalmente
removido por sedimentação primária são 0,3 g/l para os sistemas de “cal em pH baixo” e 0,79 g/l
para “cal em pH elevado” para precipitação de fósforo (Metcalf & Eddy, 1991, p.773). O valor
médio que foi encontrado nesse experimento situa-se no limite superior da faixa citada,
significando que o processo corresponde a um sistema de “cal em pH elevado” para remoção de
fósforo. De fato, o pH adotado estava sempre acima de 11.

Um valor típico extraído da mesma fonte (Metcalf & Eddy, 1991) para produção de lodo em
sedimentação primária é de 0,15 g/litro de esgoto. A quantidade de lodo que é produzida após o
tratamento com cal pode então ser estimada em 0,78+0,15=0,93 g/litro de esgoto bruto tratado
com cal. Lodo nesse processo é extraído normalmente a 10% em peso (a faixa típica é de 4% a
16% em peso), logo a quantidade de lodo a ser manejado é de 9,3 Kg/m3 . Para comparação, o
lodo descartado numa estação convencional de lodos ativados é de 0,08 g/litro de esgoto, se
extraído à concentração típica de 1,3% em peso, a quantidade de lodo a ser manejado será de 6,2
Kg/m3 de esgoto. Conclui-se, portanto, que o lodo a ser manejado em um sistema TFQ é apenas
1,5 vezes maior do que aquele de uma estação de lodos ativados.




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Manejo e disposição de lodo são responsáveis por uma fração significativa dos custos
operacionais no tratamento de esgotos. O lodo em excesso que é produzido pelo tratamento com
cal é compensado por vários fatores, tais como:

a) características superiores de adensamento e desidratação do lodo;
b) desnecessária adição de condicionador, em alguns casos, como os de desidratação em
   centrífugas, por exemplo;
c) o pH elevado destroi a maioria dos organismos patogênicos que são precipitados do esgoto,
   mesmo o resistente ovo de ascaris pode ser inativado pela secagem do lodo;
d) lodo de cal é rico em nutrientes e pode ser usado como fertilizante; ele contém hidróxido de
   cálcio, carbonato de cálcio, fósforo precipitado e nitrogênio orgânico (Vessilind et al, 1986).

Para o propósito do experimento que era o reuso de água recuperada em alguns processos
industriais, a recuperação da cal do lodo parece potencialmente viável. Isto pode ser
empreendido de duas maneiras, como segue, dependendo do tamanho da estação TFQ. Decisão
quanto ao tamanho de uma estação TFQ, se grande ou pequena, depende de cada caso e de
estudo econômico do investimento.

a) Pequena, digamos, até 24 toneladas de lodo por dia: o lodo de cal deve ser retornado à fábrica
   de cal para recalcinação recuperando a cal por conversão em óxido de cálcio, CaO, para ser
   reutilizado no processo de tratamento, após extinção;
b) Grande, >24 ton/dia: recalcinação “in loco” do lodo, evitando o transporte de grandes
   quantidades de lodo por longas distâncias. O custo de recuperação pode ser menor do que os
   custos combinados de comprar nova cal e o tratamento e disposição do lodo de forma
   alternativa. Uma cal de melhor qualidade resulta desse procedimento (Parker et al, 1975).
   Neste caso aplicar-se ia à fase sólida o processo indicado no fluxograma de processo
   mostrado na Fig. 2, a seguir:




             Figura 2 – Fluxograma de processo da fase sólida do TFQ com cal


                                                                                                8
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Outra forma de lodo gerado nesse processo é a escuma de sulfato de alumínio que se acumula no
topo da coluna de flotação por ar dissolvido, uma camada gelatinosa espessa. Produção de lodo
nessa unidade esteve na faixa de 5 a 15 ml/litro de esgoto a concentrações de sólido seco
variando de 1,5 a 5 g/litro de escuma. Concentrações de até 8,5% foi relatada por Bratby(1982)
que realizou experimentos em escala-piloto com flotação por ar dissolvido para tratar o excesso
de carga de uma estação de lodos ativados em Brasília; e 6,5% durante operação em escala
completa. Esta escuma consiste basicamente de flocos de sulfato de alumínio flotados que
podem ser redirecionados de volta ao misturador e reincorporado ao processo de floculação antes
da flotação. Recirculação do lodo de sulfato, desta forma, pode representar grande economia no
consumo de floculante sem perda significativa de eficiência das operações de clarificação.
Experimentos adicionais são necessários para se estabelecer a dosagem efetiva de sulfato de
alumínio quando a recirculação é praticada.



5. TFQ COM CLORETO FERRICO E POLIMERO (CEPT)

5.1 Pesquisa Aplicada

A SABESP contratou recentemente uma pesquisa para avaliação do processo CEPT (chemicaly
enhanced primary treatment) no tratamento de esgotos com vistas à ampliação da capacidade de
estações de tratamento existentes. Durante os meses de set/96 e out/96, foram aplicadas na
entrada da ETE-Jesús Netto dosagens de 25 e 50 mg/l de cloreto férrico e 0,25 e 0,50 mg/l de
polímero aniônico, variando a vazão de 25 para 50 l/s. Com base na literatura, pode-se afirmar
que existe uma dosagem ótima situada no intervalo dos dois pares de valores utilizados no teste,
a ser determinada mediante aplicação em escala piloto para cada caso. Da mesma forma se
otimizam os produtos químicos em função da sua disponibilidade no mercado. Cita-se como
substituto do cloreto férrico, o sulfato ferroso clorado, um subproduto da indústria do titânio.

O objetivo da pesquisa era o de demonstrar que numa mesma instalação pode-se tratar com o
CEPT o dobro da vazão e obter eficiência igual ou superior ao do tratamento convencional com a
vazão original. Os parâmetros analisados foram:
• DQO;
• DBO;
• Sólidos em Suspensão (Totais, Fixos e Voláteis);
• Fosfato Total;
• pH;
• Sólidos Dissolvidos Ionizáveis (Condutividade Elétrica).



5.2 Coagulantes utilizados

Cloreto Férrico - Utilizou-se o cloreto férrico disponível na SABESP na forma de solução a 39%
                   fabricado pela empresa Nheel.

Polímeros - Com base em testes de bancada, optou-se pelo polímero aniônico de alto peso
            molecular e elevada densidade de carga por apresentar melhor eficiência no caso


                                                                                              9
TFQTEXTO



                 dos esgotos da ETE-Jesús Netto. Esse polímero apresenta-se no mercado sob duas
                 formas distintas as quais foram utilizadas no experimento em escala real.

                 Emulsionável - polímero pouco solúvel em água, adquirido sob a forma de emulsão,
                 ou seja, dissolvido em solvente orgânico e em seguida emulsionado em água para
                 venda ao usuário final. Nesse experimento foi utilizado o polímero n.º 7174 da
                 Nalco (Brasil) contendo 33% de princípio ativo. Segundo recomendação do
                 fabricante, a estocagem do produto após a diluição final com água não deve ser
                 superior a uma semana. Por utilizar solvente orgânico, contribui para a DBO do
                 efluente.

                 Solúvel - polímero que se dissolve completamente em água sem o uso de solvente
                 orgânico e que é comercializado sob a forma seca. Ao contrário das emulsões,
                 apresenta após dissolvido em água uma solução transparente e não contribui para a
                 DBO do efluente. No teste foi utilizado o polímero nº 60540 da General Alum
                 Corporation (EUA), com concentração de 95% de princípio ativo. Para aplicação, o
                 polímero seco foi diluído a uma solução estoque de 0,05%. Esta forma de polímero
                 apresentou melhores resultados nos testes de bancada sendo que dosagens de 0,25
                 mg/l apresentava eficiência semelhante à das doses de 0,50 mg/l do polímero
                 emulsionável. Os melhores resultados também se confirmaram nos experimentos
                 em escala real..




5.3 Resultados do CEPT em comparação com outros processos

Dentro da otimização possível para as condições da ETE-Jesús Netto, no experimento em escala
real os melhores resultados foram obtidos para as dosagens de 50 mg/l de cloreto férrico e 0,25
mg/l de polímero aniônico solúvel em água para a vazão duplicada. Esses resultados são
mostrados a seguir em comparação com os obtidos no processo convencional e no TFQ com cal
e sulfato de alumínio:

       PROCESSOS                        DQO                    DBO            SST   PTOTAL VAR. pH
                                TOTAL   SOL.   PART.   TOTAL   SOL.   PART.
 Trat. Conv. (25 l/s)   Prim.    34      14     54      37      20     51     52     22       0,0
                        Sec.     88      58     91      81      41     69     85     66       0,4

 CEPT (50 l/s)          Prim.    63      37     84      62      41     83     69     43      -0,2
                        Sec.     92      91     93      93      95     90     89     71      -0,3

 TFQ com cal e sul-     Prim.    73      -       -       -      -       -     35     86      3,5
 fato de alumínio       Flot.    85      -       -       -      -       -     86     99      -0,4
                        Filt.    86      -       -       -      -       -     99     99      -0,8




6. CONCLUSÕES

1 – TFQ com cal e sulfato de alumínio seguido de flotação e filtração produz um efluente
     adequado ao reuso industrial como água de reposição em torres de resfriamento, de acordo

                                                                                                10
TFQTEXTO



     com os requisitos para esse uso extraídos da literatura (Metcalf & Eddy, 1991, p.1163). Por
     produzir uma quantidade excessiva de lodo, o estudo de sua viabilidade deve levar em
     conta a recuperação da cal por recalcinação do lodo, insuflação do efluente do decantador
     com o CO2 produzido na queima e recirculação da escuma de sulfato de alumínio;

2 – O processo de flotação por ar dissolvido analisado isoladamente no tratamento do efluente
     clarificado de esgoto mostrou-se muito eficiente, permitindo a conclusão de que seria
     aplicável com sucesso no tratamento de águas primárias de baixa turbidez.

3 – O processo CEPT, no estudo apresentado, não visou o reuso do efluente, porém pode ser
    considerado como uma das barreiras numa seqüência de tratamento para esse fim. Em
    comparação com a cal, o cloreto férrico não tem ação desinfetante mas apresenta grande
    vantagem em relação à fase sólida e, pela alta eficiência apresentada na fase primária no
    tratamento convencional, alivia a carga orgânica na fase de lodo ativado permitindo a esta
    uma sobrecarga de até 30%. Com base nessa assertiva propõe-se a seguinte configuração
    para o “upgrade” de uma ETE de lodos ativados, considerada a necessidade de estudo em
    escala piloto para o estabelecimento de parâmetros e necessárias adaptações:


                                                     0,7Q
           2Q                              1,3Q                               2Q
                       PRIMÁRIO                     SECUNDÁRIO



     Onde: Q = Vazão atual.


     Ousa-se, em função dos resultados apresentados no estudo do CEPT e em experiências
     relatadas na literatura, propor a reabilitação da ETE-Pinheiros, aproveitando-se todas a
     obras civis e parte dos equipamentos, podendo-se atingir a vazão de 4 m3 /s (dobro da atual
     e ¼ da vazão prevista do EM1 em construção), evitando o longo percurso do esgoto até a
     ETE-Barueri e a sua volta para a Represa Billings, na eventual retomada do bombeamento
     no Sistema Billings. Tal decisão deverá ser acompanhada de intervenção nos corpos
     d’água (Tietê e Pinheiros) recuperando a sua aerobiose. A Natureza se encarregará do resto
     promovendo o reuso indireto que de certa forma já vem sendo praticado mas, que passará a
     ser feito de forma planejada (Lavrador, 1989).


7. BIBLIOGRAFIA

Bratby,J.R.(1982) Treatment of raw wastewater overflows by dissolved-air flotation. Journal
       WPCF, Vol.54, No.12, pp.1558-1565.

Chin,K.K. and Ong,S.L.(1991) A study of reclamation of sewage for industrial waters. Wat. Sci.
       Tech., Vol.23, Kyoto, pp.2181-2187.

Gulas,V., Lindsey,R., Benefield,L. and Randall,C.(1978) Factors affecting the design of dissolved
       air flotation systems. Journal WPCF, Vol.50, No.7, pp.1835-1840.


                                                                                               11
TFQTEXTO




Harleman,D.R.F. and Morrissey,S.(1990) Chemically-enhanced treatment. An alternative to
      biologic secondary treatment for ocean outfalls. ASCE.

Harleman,D.R.F., Harremöes,P. and Yi,Q.(1997) Hong Kong harbor cleanup. Water Environment
      & Technology, Vol.9, No.3, pp. 47-50.

Lavrador,J.(1989) Algumas considerações sobre o reuso planejado da água para fins industriais na
       região metropolitana de São Paulo. Bio - ABES, Vol.1, No.2.

Lauer,W.C.(1990) Water quality for potable reuse. Wat. Sci. Tech., Vol.23, Kyoto, pp.2171-2180.

Lovett,D.A. and Travers,S.M.(1986) Dissolved air flotation for abattoir wastewater. Wat. Res.,
       Vol.20, No.4, pp.421-426.

Madireddi,K. et al (1997) Wastewater reclamation at Lake Arrowhead, California: an overview.
      Water Environment Research. Vol.69, No.3, pp.350-362.

Merril,D.T. and Jordan,M.R.(1975) Lime-induced reactions in municipal wastewater. Journal
       WPCF, Vol.47(12), pp.2783-2808.

Metcalf & Eddy, Inc.(1991) Wastewater Engineering - Treatment, Disposal and Reuse - Third
       Edition, McGraw-Hill, Inc.

Parker,D.S., Carthew,G.A., and Horstkotte,G.A.(1975) Lime recovery and reuse in primary
       treatment. Journal of the Environmental Engineering Division, EE6, pp.985-1004.

Pimentel,J.S.(1991) Advanced treatment of wastewater using a combination of lime-sedimentation,
       dissolved air flotation and rapid gravity sand filtration. Departamento de Engenharia Civil
       da Universidade de Leeds. Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em
       Engenharia de Saúde Pública Tropical.

Priestley,A.J.(1990) Sewage treatment using magnetite particles. Water & Wastewater
        International, Vol.5, Issue 3, pp.31-34.

SABESP (1996) A tecnologia “CEPT” no tratamento de esgotos. Superintendência de
     Desenvolvimento Tecnológico-TD, da Diretoria Técnica e Meio Ambiente-T. Pesquisa
     contratada à Fundação Salim Farah Maluf, em associação com o Prof. D. Harleman (MIT),
     Susan Murcott, MSc. (MIT), Dr. Ricardo Y. Tsukamoto (Bioconsult) e Eng. Oswaldo T.
     Yono (Plus Consultoria e Representações Ltda.).

Vesilind,P.A., Hartman,G.C., and Skene,E.T.(1986) Sludge Management and Disposal for the
       Practicing Engineer. Michigan: Lewis Publishers, Inc.




                                                                                               12

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  • 1. TFQTEXTO TRATAMENTO FISICO-QUIMICO DE ESGOTOS E REUSO DO EFLUENTE  CADA IDÉIA TEM SEU TEMPO  José Soares Pimentel, MSc. (Eng.) Engenheiro Civil e Sanitarista, Mestre em Engenharia de Saúde Pública Tropical, Coordenador de P&D da Superintendência de Desenvolvimento Tecnológico – TD “Nenhum exército pode resistir à força de uma idéia cujo tempo chegou.” Victor Hugo Neste trabalho, descrevem-se as fases de um experimento realizado na Estação de Tratamento de Esgotos de Knostrop em Leeds, Inglaterra, durante o ano de 1991, onde se utilizou uma seqüência de processos unitários visando produzir um efluente com características de água industrial. Iniciando pela adição de cal (hidróxido de cálcio) ao esgoto bruto coletado no canal de entrada da Estação, seguiram-se a carbonatação, a flotação por ar dissolvido e a filtração rápida. Embora se possa obter por esse método um efluente com características compatíveis com o uso industrial pretendido, o processo físico-químico utilizando cal tem sido preterido pelas municipalidades por apresentar grande aumento na produção de lodo. Esse lodo, porém, por seu alto teor de cal, permite a recuperação dessa substância que retorna ao início do processo. A água clarificada do carbonatador recebe adição de sulfato de alumínio em câmara de mistura rápida (coagulação) e, em seguida, penetra na coluna de flotação por ar dissolvido. O sobrenadante é parcialmente reciclado para reaproveitamento do coagulante. O efluente do flotador passa então pelo filtro rápido de areia, de onde uma pequena parcela é recirculada mediante bombeamento passando por um tanque pressurizado e, uma vez saturada de ar dissolvido, é liberada na massa líquida no interior da coluna de flotação. Essa liberação da pressão promove a formação de uma nuvem de bolhas finas que aderem aos flocos que, por sua vez, sofrem aderência dos sólidos em suspensão, e tudo é arrastado para a superfície. Ainda neste trabalho, comparam-se em termos de eficiência, vantagens e desvantagens, os resultados do tratamento com cal e o processo que utiliza Cloreto Férrico e polímero (CEPT), conforme pesquisa realizada recentemente na SABESP. Um arranjo que permite duplicar a vazão tratada de uma ETE convencional existente é também apresentado. 1. INTRODUÇÃO O tratamento físico-químico dos esgotos municipais, até recentemente, era considerado em princípio como economicamente inviável. A predominância da utilização de processos naturais como os biológicos tidos atualmente como “convencionais” induzia à rejeição automática da idéia de introdução de produtos químicos, geralmente importados, no tratamento de esgotos. Utilizado no passado com o emprego de cal e outras misturas coagulantes patenteadas até o início deste século, com o desenvolvimento do filtro biológico, os processos baseados em TFQ cederam lugar para os tratamentos convencionais conhecidos hoje em dia, principalmente, o de lodo ativado. Em 1935 reapareceu o uso de carvão ativado na remoção de matéria orgânica, sendo que, aplicações relevantes de adsorsão na seqüência de coagulação química vieram a ocorrer somente nos anos 60. Com o aumento da população e das aglomerações urbanas e a conseqüente deterioração dos recursos hídricos provocando escassez de água, a necessidade de reuso do efluente tratado dos esgotos tem reacendido o interesse por processos que auxiliem os tratamentos convencionais ou, mesmo, que os substituam. Os avanços tecnológicos e as demandas ambientais têm, cada vez mais, tornado viáveis os processos físico-químicos no tratamento de esgotos. Dentre as várias formas de uso das águas recuperadas, a que talvez apresente viabilidade mais imediata na RMSP é o fornecimento de água industrial (como água de resfriamento). O benefício 1
  • 2. TFQTEXTO mais relevante, neste caso, seria o de reservar as águas primárias para o abastecimento doméstico. Em São Paulo, o consumo industrial de água tratada (clorada e fluoretada) eqüivale ao consumo de cerca de dois milhões de pessoas. 2. OBJETIVOS DA PESQUISA EM TFQ O reuso de água, direto ou indireto, exige tratamento dos efluentes com tecnologia adequada que atenda aos requisitos de: • Sólidos em suspensão e turbidez baixos para reduzir o efeito “shielding” na desinfeção; • Baixa concentração de DQO; • Desinfeção por contato por dose suficiente de desinfetante. O objetivo da pesquisa em TFQ é investigar uma tecnologia adequada ao reuso do efluente tratado que possa ser aplicada às estações de tratamento primário existentes ou como complemento ao tratamento biológico convencional. Os tratamentos avançados de esgotos, dentre os quais o TFQ, incluem coagulação e floculação químicas removendo poluentes que não são adequadamente removidos por processos convencionais. Têm o propósito de aliviar a poluição dos cursos d’água, ou fornecer água com qualidade e quantidade suficientes para reuso, ou ambos. Os poluentes mais visados são fósforo orgânico solúvel e nitrogênio; matéria orgânica que contribui para DBO, DQO, cor e gosto; bactéria e vírus; sólidos coloidais que contribuem para turbidez; e minerais solúveis que possam interferir no uso do efluente. 3. SEQUENCIA DE TRATAMENTOS 3.1 Múltiplas barreiras O tratamento avançado de esgotos visando reuso do efluente é um processo de múltiplas barreiras cujo grau de complexidade vai desde a simples adição em pequenas doses de cloreto férrico e polímeros no tratamento primário até a adoção de processos unitários sofisticados como osmose reversa, troca iônica, membranas filtrantes, etc., dependendo da qualidade do efluente exigida para o uso determinado. O número de processos unitários envolvidos varia de acordo com a escolha dos coagulantes na seqüência de tratamentos. A inclusão de processos naturais na seqüência de tratamento como os que utilizam gramínias e macrofilos tem sido utilizada para o reuso potável indireto. Para a potabilização de água residuária, conforme projeto demonstração em Dever, Co., em que se utilizou a água produzida na dessedentação de gado durante dois anos, com avaliação dos efeitos à saúde dos animais, foram necessárias de 3 a 5 barreiras, sendo a primeira delas a elevação do pH por adição de cal (Lauer, 1991). Mais recentemente, no lago Arrowhead, Califórnia, um projeto demonstração (12000 l/d) incluía denitrificação seguida de coagulação/floculação/sedimentação por sulfato de alumínio, filtros de areia, ozonização primária, filtração em carvão ativado granular, ultrafiltração/nanofiltração, osmose reversa e desinfeção final por ozônio. O objetivo, neste caso, era o reuso potável indireto, uma vez que o lago era a única fonte de abastecimento e estava severamente afetado pela seca prolongada (Madireddi et al., 1997). 2
  • 3. TFQTEXTO Em Cingapura, um projeto tratando 45000 m3 /dia, com TFQ complementar ao processo de lodos ativados, fornecia água para descarga de toaletes, lavagem de pisos, resfriamento industrial, manufatura de papel, têxteis, plásticos, borracha, produtos químicos e produtos de aço. Na tentativa de se obter água de ultra pureza para uso na indústria eletrônica, acresceram-se seis barreiras. Mesmo sem atingir o padrão exigido, os custos mostraram-se proibitivos (Chin e Ong, 1991). Um caso clássico de TFQ utilizando cal (400 ppm) e cloreto férrico (14 ppm) combinado com o processo biológico é o do distrito de Contra Costa Central, EUA, instalado em 1975 para venda de água industrial (72000 m3 /dia) com as seguintes características: • DBO: 10 mg/l • COT: 20 mg/l • PTOTAL : 1 mg/l • NTOTAL : 5 mg/l Um campo aberto para pesquisa, muito citado na literatura, é a utilização de zeólitas (resinas naturais) no tratamento físico-químico de esgotos, processo equivalente ao de troca iônica que, provavelmente, já começa a apresentar viabilidade econômica. Também o uso de magnetita, uma forma magnética de óxido de ferro, um mineral comum, combinado com pequenas doses de cloreto férrico e polieletrólito, foi utilizado em Melbourne, Austrália, na clarificação de esgotos com recuperação total da magnetita. 3.2 Processos físicos Após coagulação e floculação são empregados métodos gravitacionais como decantação, flotação e filtração. No processo biológico convencional, a decantação é aplicada em dois estágios: antes e depois da fase biológica. Com a adição de coagulantes químicos, a sedimentação é fortemente acelerada. Mesmo assim, partículas finas e coloidais permanecem no efluente causando turbidez. Se o efluente for destinado para reuso, processos adicionais serão necessários para melhorar sua qualidade. O método físico que melhor se aplica, neste caso, de acordo com a literatura, é a flotação por ar dissolvido seguida de filtração. Tal seqüência foi utilizada no experimento que se descreve a seguir. 4. TFQ COM CAL E SULFATO DE ALUMINIO A descrição a seguir baseia-se em experimento realizado durante o ano de 1991 na Estação de Tratamento de Knostrop, em Leeds, Inglaterra, com dados extraídos da dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Saúde Pública e apoiados na literatura especializada. 4.1 Efetividade da cal no tratamento de esgotos As matérias em suspensão e coloidais, incluindo bactéria, são removidas num complexo de reações químicas e processos físicos como resultado da adição de cal. A alta eficiência na 3
  • 4. TFQTEXTO remoção da maioria dos contaminantes é devida à precipitação, em pH elevado, do fosfato de cálcio, do carbonato de cálcio e do hidróxido de magnésio. Para ilustrar o exposto, apresenta-se de modo simplificado a seguinte seqüência de reações: Ca(OH)2 → Ca++ + 2OH - 3Ca++ + 2OH- + 2HPO4 -- → Ca3 (PO4)2↓ + 2 H2O Ca++ + CO3 - + OH- → CaCO3↓ + H2 O Mg++ + 2OH - → Mg(OH)2↓ O princípio que rege esta fase do tratamento é similar ao que ocorre no processo de abrandamento de águas duras, com exceção do fosfato proveniente das águas residuárias. Esses precipitados agem como coagulantes para partículas presentes no esgoto, removendo também contaminantes orgânicos por adsorsão. Fósforo é então altamente removido e, nesta fase, enquanto o pH se mantiver elevado, é também possível remover Nitrogênio por “stripping” da amônia na forma de gás. Nesse processo também ocorre a remoção de metais pesados, embora seja aconselhável, por motivos econômicos e ambientais, que estes sejam controlados na fonte de produção. 4.2 Determinação da dosagem de cal A dosagem mínima de cal no tratamento de esgotos a pH elevado pode ser determinada pela somatória das dosagens proporcionais aos seguintes elementos presentes no esgoto bruto: • Dose proporcional à alcalinidade e à amônia para elevar o pH ao nível desejado; • Dose necessária para precipitar o magnésio na forma de hidróxido; e • Dose proporcional ao ortofosfato para precipitar o fósforo na forma de fosfato. 4.3 Carbonatação natural Esta fase do tratamento físico-químico é importante no tratamento com cal em pH elevado, porém não é necessária quando se utiliza coagulantes que não elevam o pH. Ela ocorre em seguida à decantação e consiste na absorção do dióxido de carbono pela superfície do líquido em contato com o ar. A redução do pH, nesta fase, pode ser acelerada pela insuflação de dióxido de carbono no efluente do decantador. 4.4 Flotação por ar dissolvido Por esse processo, ar é dissolvido em água sob pressão; microbolhas de ar são liberadas do líquido saturado no efluente a ser tratado, pela redução da pressão ao nível atmosférico. Uma nuvem de bolhas muito finas arrastam para cima os flocos contendo as impurezas, capturando 4
  • 5. TFQTEXTO em seu caminho os sólidos em suspensão. A relação entre a solubilidade do ar e a pressão absoluta é regida pela Lei de Henry, admitindo-se que nenhuma reação ocorra entre as duas fases, líquida e gasosa, caso em que a solubilidade do gás é diretamente proporcional à pressão absoluta do gás em equilíbrio com o líquido. A lei de Henry é representada pela equação: C=kP onde: C = concentração de ar dissolvido na saturação, mg/l P = pressão de saturação, kPa k = constante de Henry (0,226 mg/l/kPa a 20ºC) Os principais fatores que afetam a eficiência da flotação por ar dissolvido, conforme relatado na literatura, são a relação ar/sólido (A/S) e o tamanho da bolha (Lovet e Travers, 1986). O parâmetro A/S é definido como sendo a quantidade de ar (A) liberada da solução para a quantidade de sólido (S) em suspensão presente no esgoto. Para espessamento de lodo, por exemplo, o parâmetro A/S é dado, em relação à solubilidade do ar em água, pressão de operação e concentração de sólidos no lodo, pela seguinte equação: A/S = (1,205RC s/Xo)(fP-1) onde: A/S = relação ar/sólido, Kg de ar liberado/Kg de sólido (peso seco) aplicado Xo = concentração de sólidos, mg/l Co = concentração de ar a 1 atm de pressão, ml/l (18,7 ml/l a 20ºC) R = taxa de recirculação do efluente P = pressão, atm f = eficiência do sistema de pressurização, usual 0,8 A solubilidade do ar varia inversamente com a temperatura e diretamente com a pressão. O tamanho das microbolhas tem um efeito significativo sobre a agregação das bolhas às partículas e isto depende do método de liberação do ar dissolvido no interior da massa líquida a ser tratada. O processo de flotação por ar dissolvido requer condicionamento dos sólidos que entram na célula de flotação. A suspensão deve ser dosada com coagulante para formar flocos dentro da unidade de flotação onde ocorre a aderência das bolhas que provocarão o movimento vertical para cima. Uma boa dispersão do ar e dos sólidos afluentes é necessária para a boa misturação que é essencial para que haja colisão de partículas com as microbolhas de ar e conseqüente agregação. Um método eficiente de saturação da água reciclada é através de torre com enchimento pressurizada. Válvula de agulha permite um bom controle da vazão de água saturada com ar na coluna de flotação. 5
  • 6. TFQTEXTO 4.5 Processo experimental Uma seqüência de processos constituída por tratamento com cal em pH elevado, carbonatação natural, flotação e filtração rápida foi desenvolvida em escala de vazão controlada (10 l/h) na Estação de Tratamento de Knostrop, em Leeds, Inglaterra, no período de dezembro de 1990 a julho de 1991, incluindo projeto e montagem do equipamento. O experimento teve como objetivo investigar a possibilidade de se produzir água para reuso industrial a partir do esgoto doméstico. Amostras compostas eram coletadas de hora em hora no esgoto bruto e no efluente de cada fase do tratamento e analisadas ao fim de cada jornada para os seguintes parâmetros: • SST • DQO • Amônia – N • Fosfato – P • Magnésio • Coliforme fecal • Condutividade elétrica Alcalinidade, pH e turbidez eram determinados “in loco” sendo que os dois primeiros, em conjunto com as determinações de magnésio, eram utilizados como parâmetros de controle da dosagem de cal. A Fig. 1 mostra o equipamento utilizado na pesquisa. Fig.1 – Fluxograma de processo do tratamento com cal e sulfato de alumínio 6
  • 7. TFQTEXTO 4.6 Resultados da Pesquisa com cal Os números apresentados na tabela a seguir são valores médios que se podem obter com dosagens de 700 mg/l de cal, Ca(OH)2 (aproximadamente 500 mg/l de CaO) e 110 mg/l de sulfato de alumínio. Processos pH SST Turb. DQO NH3 -N PO4 -P Alcalin. CE unitários (mg/l) (ut) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l)* (mS/cm) Esgoto Bruto 7,8 132 51 524 18 3,7 176 1,36 Decantador 11,3 86 26 144 16 0,5 268 1,42 % de remoção 35 49 73 11 86 Carbonatador 8,5 11 4 97 15 0,2 145 1,25 % de remoção 92 92 81 17 95 Flotador 7,4 19 8 78 15 0,02 40 1,25 % de remoção 86 84 85 17 99 Filtro 7 1 0,3 73 15 0,02 90 1,15 % de remoção 99 99 86 17 99 (*)CaCO3 4.7 Fase Sólida do TFQ com cal e sulfato de alumínio Determinações da produção de lodo foi prejudicada neste experimento por ineficiência do sistema de remoção. Devido ao seu pequeno porte, a aderência de lodo às paredes do decantador e chicanas tornou-se significativa e falsearam os resultados. Entretanto, determinações mais cuidadosas que incluíram a lavagem completa do tanque de sedimentação foi realizada com o tratamento de efluente secundário. O volume de lodo gerado foi medido com utilização de um cone Imhoff resultando em média 21 ml por litro de efluente; os sólidos do lodo foram secados e pesados resultando em 37 g por litro de lodo que corresponde a uma produção de lodo de 0,78 g de lodo seco por litro de efluente tratado. Valores típicos de lodo a mais daquele normalmente removido por sedimentação primária são 0,3 g/l para os sistemas de “cal em pH baixo” e 0,79 g/l para “cal em pH elevado” para precipitação de fósforo (Metcalf & Eddy, 1991, p.773). O valor médio que foi encontrado nesse experimento situa-se no limite superior da faixa citada, significando que o processo corresponde a um sistema de “cal em pH elevado” para remoção de fósforo. De fato, o pH adotado estava sempre acima de 11. Um valor típico extraído da mesma fonte (Metcalf & Eddy, 1991) para produção de lodo em sedimentação primária é de 0,15 g/litro de esgoto. A quantidade de lodo que é produzida após o tratamento com cal pode então ser estimada em 0,78+0,15=0,93 g/litro de esgoto bruto tratado com cal. Lodo nesse processo é extraído normalmente a 10% em peso (a faixa típica é de 4% a 16% em peso), logo a quantidade de lodo a ser manejado é de 9,3 Kg/m3 . Para comparação, o lodo descartado numa estação convencional de lodos ativados é de 0,08 g/litro de esgoto, se extraído à concentração típica de 1,3% em peso, a quantidade de lodo a ser manejado será de 6,2 Kg/m3 de esgoto. Conclui-se, portanto, que o lodo a ser manejado em um sistema TFQ é apenas 1,5 vezes maior do que aquele de uma estação de lodos ativados. 7
  • 8. TFQTEXTO Manejo e disposição de lodo são responsáveis por uma fração significativa dos custos operacionais no tratamento de esgotos. O lodo em excesso que é produzido pelo tratamento com cal é compensado por vários fatores, tais como: a) características superiores de adensamento e desidratação do lodo; b) desnecessária adição de condicionador, em alguns casos, como os de desidratação em centrífugas, por exemplo; c) o pH elevado destroi a maioria dos organismos patogênicos que são precipitados do esgoto, mesmo o resistente ovo de ascaris pode ser inativado pela secagem do lodo; d) lodo de cal é rico em nutrientes e pode ser usado como fertilizante; ele contém hidróxido de cálcio, carbonato de cálcio, fósforo precipitado e nitrogênio orgânico (Vessilind et al, 1986). Para o propósito do experimento que era o reuso de água recuperada em alguns processos industriais, a recuperação da cal do lodo parece potencialmente viável. Isto pode ser empreendido de duas maneiras, como segue, dependendo do tamanho da estação TFQ. Decisão quanto ao tamanho de uma estação TFQ, se grande ou pequena, depende de cada caso e de estudo econômico do investimento. a) Pequena, digamos, até 24 toneladas de lodo por dia: o lodo de cal deve ser retornado à fábrica de cal para recalcinação recuperando a cal por conversão em óxido de cálcio, CaO, para ser reutilizado no processo de tratamento, após extinção; b) Grande, >24 ton/dia: recalcinação “in loco” do lodo, evitando o transporte de grandes quantidades de lodo por longas distâncias. O custo de recuperação pode ser menor do que os custos combinados de comprar nova cal e o tratamento e disposição do lodo de forma alternativa. Uma cal de melhor qualidade resulta desse procedimento (Parker et al, 1975). Neste caso aplicar-se ia à fase sólida o processo indicado no fluxograma de processo mostrado na Fig. 2, a seguir: Figura 2 – Fluxograma de processo da fase sólida do TFQ com cal 8
  • 9. TFQTEXTO Outra forma de lodo gerado nesse processo é a escuma de sulfato de alumínio que se acumula no topo da coluna de flotação por ar dissolvido, uma camada gelatinosa espessa. Produção de lodo nessa unidade esteve na faixa de 5 a 15 ml/litro de esgoto a concentrações de sólido seco variando de 1,5 a 5 g/litro de escuma. Concentrações de até 8,5% foi relatada por Bratby(1982) que realizou experimentos em escala-piloto com flotação por ar dissolvido para tratar o excesso de carga de uma estação de lodos ativados em Brasília; e 6,5% durante operação em escala completa. Esta escuma consiste basicamente de flocos de sulfato de alumínio flotados que podem ser redirecionados de volta ao misturador e reincorporado ao processo de floculação antes da flotação. Recirculação do lodo de sulfato, desta forma, pode representar grande economia no consumo de floculante sem perda significativa de eficiência das operações de clarificação. Experimentos adicionais são necessários para se estabelecer a dosagem efetiva de sulfato de alumínio quando a recirculação é praticada. 5. TFQ COM CLORETO FERRICO E POLIMERO (CEPT) 5.1 Pesquisa Aplicada A SABESP contratou recentemente uma pesquisa para avaliação do processo CEPT (chemicaly enhanced primary treatment) no tratamento de esgotos com vistas à ampliação da capacidade de estações de tratamento existentes. Durante os meses de set/96 e out/96, foram aplicadas na entrada da ETE-Jesús Netto dosagens de 25 e 50 mg/l de cloreto férrico e 0,25 e 0,50 mg/l de polímero aniônico, variando a vazão de 25 para 50 l/s. Com base na literatura, pode-se afirmar que existe uma dosagem ótima situada no intervalo dos dois pares de valores utilizados no teste, a ser determinada mediante aplicação em escala piloto para cada caso. Da mesma forma se otimizam os produtos químicos em função da sua disponibilidade no mercado. Cita-se como substituto do cloreto férrico, o sulfato ferroso clorado, um subproduto da indústria do titânio. O objetivo da pesquisa era o de demonstrar que numa mesma instalação pode-se tratar com o CEPT o dobro da vazão e obter eficiência igual ou superior ao do tratamento convencional com a vazão original. Os parâmetros analisados foram: • DQO; • DBO; • Sólidos em Suspensão (Totais, Fixos e Voláteis); • Fosfato Total; • pH; • Sólidos Dissolvidos Ionizáveis (Condutividade Elétrica). 5.2 Coagulantes utilizados Cloreto Férrico - Utilizou-se o cloreto férrico disponível na SABESP na forma de solução a 39% fabricado pela empresa Nheel. Polímeros - Com base em testes de bancada, optou-se pelo polímero aniônico de alto peso molecular e elevada densidade de carga por apresentar melhor eficiência no caso 9
  • 10. TFQTEXTO dos esgotos da ETE-Jesús Netto. Esse polímero apresenta-se no mercado sob duas formas distintas as quais foram utilizadas no experimento em escala real. Emulsionável - polímero pouco solúvel em água, adquirido sob a forma de emulsão, ou seja, dissolvido em solvente orgânico e em seguida emulsionado em água para venda ao usuário final. Nesse experimento foi utilizado o polímero n.º 7174 da Nalco (Brasil) contendo 33% de princípio ativo. Segundo recomendação do fabricante, a estocagem do produto após a diluição final com água não deve ser superior a uma semana. Por utilizar solvente orgânico, contribui para a DBO do efluente. Solúvel - polímero que se dissolve completamente em água sem o uso de solvente orgânico e que é comercializado sob a forma seca. Ao contrário das emulsões, apresenta após dissolvido em água uma solução transparente e não contribui para a DBO do efluente. No teste foi utilizado o polímero nº 60540 da General Alum Corporation (EUA), com concentração de 95% de princípio ativo. Para aplicação, o polímero seco foi diluído a uma solução estoque de 0,05%. Esta forma de polímero apresentou melhores resultados nos testes de bancada sendo que dosagens de 0,25 mg/l apresentava eficiência semelhante à das doses de 0,50 mg/l do polímero emulsionável. Os melhores resultados também se confirmaram nos experimentos em escala real.. 5.3 Resultados do CEPT em comparação com outros processos Dentro da otimização possível para as condições da ETE-Jesús Netto, no experimento em escala real os melhores resultados foram obtidos para as dosagens de 50 mg/l de cloreto férrico e 0,25 mg/l de polímero aniônico solúvel em água para a vazão duplicada. Esses resultados são mostrados a seguir em comparação com os obtidos no processo convencional e no TFQ com cal e sulfato de alumínio: PROCESSOS DQO DBO SST PTOTAL VAR. pH TOTAL SOL. PART. TOTAL SOL. PART. Trat. Conv. (25 l/s) Prim. 34 14 54 37 20 51 52 22 0,0 Sec. 88 58 91 81 41 69 85 66 0,4 CEPT (50 l/s) Prim. 63 37 84 62 41 83 69 43 -0,2 Sec. 92 91 93 93 95 90 89 71 -0,3 TFQ com cal e sul- Prim. 73 - - - - - 35 86 3,5 fato de alumínio Flot. 85 - - - - - 86 99 -0,4 Filt. 86 - - - - - 99 99 -0,8 6. CONCLUSÕES 1 – TFQ com cal e sulfato de alumínio seguido de flotação e filtração produz um efluente adequado ao reuso industrial como água de reposição em torres de resfriamento, de acordo 10
  • 11. TFQTEXTO com os requisitos para esse uso extraídos da literatura (Metcalf & Eddy, 1991, p.1163). Por produzir uma quantidade excessiva de lodo, o estudo de sua viabilidade deve levar em conta a recuperação da cal por recalcinação do lodo, insuflação do efluente do decantador com o CO2 produzido na queima e recirculação da escuma de sulfato de alumínio; 2 – O processo de flotação por ar dissolvido analisado isoladamente no tratamento do efluente clarificado de esgoto mostrou-se muito eficiente, permitindo a conclusão de que seria aplicável com sucesso no tratamento de águas primárias de baixa turbidez. 3 – O processo CEPT, no estudo apresentado, não visou o reuso do efluente, porém pode ser considerado como uma das barreiras numa seqüência de tratamento para esse fim. Em comparação com a cal, o cloreto férrico não tem ação desinfetante mas apresenta grande vantagem em relação à fase sólida e, pela alta eficiência apresentada na fase primária no tratamento convencional, alivia a carga orgânica na fase de lodo ativado permitindo a esta uma sobrecarga de até 30%. Com base nessa assertiva propõe-se a seguinte configuração para o “upgrade” de uma ETE de lodos ativados, considerada a necessidade de estudo em escala piloto para o estabelecimento de parâmetros e necessárias adaptações: 0,7Q 2Q 1,3Q 2Q PRIMÁRIO SECUNDÁRIO Onde: Q = Vazão atual. Ousa-se, em função dos resultados apresentados no estudo do CEPT e em experiências relatadas na literatura, propor a reabilitação da ETE-Pinheiros, aproveitando-se todas a obras civis e parte dos equipamentos, podendo-se atingir a vazão de 4 m3 /s (dobro da atual e ¼ da vazão prevista do EM1 em construção), evitando o longo percurso do esgoto até a ETE-Barueri e a sua volta para a Represa Billings, na eventual retomada do bombeamento no Sistema Billings. Tal decisão deverá ser acompanhada de intervenção nos corpos d’água (Tietê e Pinheiros) recuperando a sua aerobiose. A Natureza se encarregará do resto promovendo o reuso indireto que de certa forma já vem sendo praticado mas, que passará a ser feito de forma planejada (Lavrador, 1989). 7. BIBLIOGRAFIA Bratby,J.R.(1982) Treatment of raw wastewater overflows by dissolved-air flotation. Journal WPCF, Vol.54, No.12, pp.1558-1565. Chin,K.K. and Ong,S.L.(1991) A study of reclamation of sewage for industrial waters. Wat. Sci. Tech., Vol.23, Kyoto, pp.2181-2187. Gulas,V., Lindsey,R., Benefield,L. and Randall,C.(1978) Factors affecting the design of dissolved air flotation systems. Journal WPCF, Vol.50, No.7, pp.1835-1840. 11
  • 12. TFQTEXTO Harleman,D.R.F. and Morrissey,S.(1990) Chemically-enhanced treatment. An alternative to biologic secondary treatment for ocean outfalls. ASCE. Harleman,D.R.F., Harremöes,P. and Yi,Q.(1997) Hong Kong harbor cleanup. Water Environment & Technology, Vol.9, No.3, pp. 47-50. Lavrador,J.(1989) Algumas considerações sobre o reuso planejado da água para fins industriais na região metropolitana de São Paulo. Bio - ABES, Vol.1, No.2. Lauer,W.C.(1990) Water quality for potable reuse. Wat. Sci. Tech., Vol.23, Kyoto, pp.2171-2180. Lovett,D.A. and Travers,S.M.(1986) Dissolved air flotation for abattoir wastewater. Wat. Res., Vol.20, No.4, pp.421-426. Madireddi,K. et al (1997) Wastewater reclamation at Lake Arrowhead, California: an overview. Water Environment Research. Vol.69, No.3, pp.350-362. Merril,D.T. and Jordan,M.R.(1975) Lime-induced reactions in municipal wastewater. Journal WPCF, Vol.47(12), pp.2783-2808. Metcalf & Eddy, Inc.(1991) Wastewater Engineering - Treatment, Disposal and Reuse - Third Edition, McGraw-Hill, Inc. Parker,D.S., Carthew,G.A., and Horstkotte,G.A.(1975) Lime recovery and reuse in primary treatment. Journal of the Environmental Engineering Division, EE6, pp.985-1004. Pimentel,J.S.(1991) Advanced treatment of wastewater using a combination of lime-sedimentation, dissolved air flotation and rapid gravity sand filtration. Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Leeds. Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Saúde Pública Tropical. Priestley,A.J.(1990) Sewage treatment using magnetite particles. Water & Wastewater International, Vol.5, Issue 3, pp.31-34. SABESP (1996) A tecnologia “CEPT” no tratamento de esgotos. Superintendência de Desenvolvimento Tecnológico-TD, da Diretoria Técnica e Meio Ambiente-T. Pesquisa contratada à Fundação Salim Farah Maluf, em associação com o Prof. D. Harleman (MIT), Susan Murcott, MSc. (MIT), Dr. Ricardo Y. Tsukamoto (Bioconsult) e Eng. Oswaldo T. Yono (Plus Consultoria e Representações Ltda.). Vesilind,P.A., Hartman,G.C., and Skene,E.T.(1986) Sludge Management and Disposal for the Practicing Engineer. Michigan: Lewis Publishers, Inc. 12