eco eficiência de estação de tratamento de Água estudo de caso eta 3 e 4, campinas (sp)

S I D N E I L I M A S I Q U E I R A

O R I E N T A D O R : P R O F . D R . R I C A R D O D E L I M A I S A A C

ECO EFICIÊNCIA DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA

ESTUDO DE CASO: ETA 3 E 4, CAMPINAS (SP)

INTRODUÇÃO

MOTIVAÇÃO:

Trabalho inédito com ênfase na aplicação prática;

Capacidade de auxiliar outras Estações de Tratamento de Água (ETA) na melhoria do processo com benefícios ambientais, tecnológicos e financeiros.

OBJETIVO

Avaliar a eficiência dos processos físico-químicos de tratamento de água tendo como foco os produtos químicos e as suas condições de aplicação;

Avaliar a eficiência ambiental, notadamente quanto à geração de resíduos e formas de disposição ou destinação final;

Aperfeiçoar o sistema de desidratação de lodo de forma a diminuir os custos com manutenção corretiva e preventiva, melhorar a eficiência do processo de desidratação com consequente diminuição dos custos com a disposição final;

Avaliar a eficiência energética; Otimizar a utilização de equipamentos existentes nas ETA com

objetivo de redução no consumo de energia elétrica; Criar indicadores de eficiência dos processos como forma de

avaliação do desempenho de uma ETA. Preparar as ETA 3 e 4 para certificação ambiental (ISO 14000)

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

O principal objetivo do tratamento de água para consumo humano é a produção de água segura e esteticamente aceitável e que atenda aos padrões legais (Di Bernardo, et al., 2005).


Em avaliação da qualidade das águas na rede de distribuição na região de Campinas foram encontrados vários compostos não legislados (cafeína, colesterol, dibutilftalato, dietilftalato e bisfenol-A);

Fonte:Ghiselli, Gislaine. Avaliação da Qualidade das Águas Destinada ao Abastecimento Público na Região de Campinas: Ocorrência e determinação de Interferentes Endócrinos (IE) e Produtos Farmacêuticos e de Higiene Pessoal (PFHP). Tese de Doutorado-Instituto de Química, UNICAMP, 2006. Tese de Doutorado .


Aplicação prática: Eco eficiência na indústria de celulose e papel – estudo de caso

Fonte: Piotto, Zeila Chittolina. Eco-eficiência na indústria de celulose e papel – estudo de caso. – Tese

de Doutorado Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária. São Paulo, 2003.

Figura 1: Principais alternativas de tratamento de água. Fonte: Di Bernardo, 2005.

Pré-tratamento

Coagulação Coagulação Coagulação Coagulação Pré-tratamento

Água bruta

Coagulação Floculação Floculação Filtração ascendente

Filtração ascendente

Filtração lenta

Filtração descendente


Flotação Filtração

descendente

Floculação


Decantação

Desinfecção, fluoretação, correção de

pH


pH


pH


pH


pH


pH


REVISÃO BIBLIOGRÁFICA COAGULAÇÃO

A coagulação pela adição dos produtos químicos hidrolisados como sais de alumínio e ferro e/ou polímeros orgânicos podem envolver a desestabilização de pequenas partículas suspensas e coloidais, a adsorção e/ou reação de porções de partículas de matéria orgânica natural dissolvida e coloidal e a criação de flocos que irão retirar da água os pequenos materiais suspensos, e os materiais dissolvidos quando estes se agregam aos flocos (Montgomery Watson Harza, 2005).


Segundo Di Bernardo (2005), atualmente a coagulação é considerada como o resultado individual ou combinado da ação de quatro mecanismos distintos:

Compressão da dupla camada elétrica;

Adsorção e neutralização;

Varredura;

Adsorção e formação de pontes.


O manual (EPA , 1999), define um termo para condições específicas de remoção de matéria orgânica natural (MON). “Enhanced Coagulation” ou coagulação reforçada refere-se ao processo onde o objetivo é melhorar a remoção de precursores dos subprodutos da desinfecção ou de substância específicas que podem gerar subprodutos da desinfecção.

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA FLOCULAÇÃO

A floculação envolve a agregação das partículas desestabilizadas e a precipitação dos produtos formados pela adição dos coagulantes para a formação dos flocos que depois serão removidos por sedimentação nos decantadores.

FLOCULADOR AXIAL FLOCULADOR DE EIXO HORIZONTAL E SENTIDO DE ROTAÇÃO VERTICAL

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA COAGULAÇÃO E FLOCULAÇÃO

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA FLOCULAÇÃO

Floculadores hidráulicos

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA DECANTAÇÃO

A decantação é o processo de separação das partículas suspensas no meio líquido por ação da gravidade. É talvez o processo de separação mais antigo e o mais amplamente utilizado em tratamento de água. Suspensões nas quais o material particulado é mais pesado que a água tendem a se sedimentar como resultado das forças gravitacionais (Faust, et al., 1998).


FATORES QUE INFLUENCIAM A SEDIMENTAÇÃO

Concentração das materiais em suspensão;

Tamanho, densidade e forma das partículas em suspensão;

Temperatura e viscosidade da água;

Método de operação dos decantadores e;

Características dos decantadores como tempo de detenção, forma dos dispositivos de entrada e de saída, profundidade, largura e comprimento, disposições internas, etc (Azevedo Netto, 1965).

DECANTATODES DE ALTA TAXA


DECANTADORES DE FLUXO HORIZONTAL



DECANTADORES DE FLUXO HORIZONTAL E LIMPEZA MANUAL

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA FILTRAÇÃO

Azevedo Neto (1965), definiu o processo de filtração como sendo a retenção de impurezas da água em um meio poroso através do qual ela passa. Os meios porosos que podem ser utilizados para filtração da água variam de acordo com o projeto, a qualidade da água e as características dos materiais empregados.


A filtração é sempre necessária em conjunto com a desinfecção química para assegurar que a água esteja livre destes patógenos (AWWA, 1999).


Os filtros podem ser divididos em duas categorias, filtração rápida quando a água passa por processos como coagulação e floculação seguidas ou não de decantação e a filtração lenta, esta opera com taxas de filtração que pode ser até 100 vezes menor que as taxas empregadas na filtração rápida (Montgomery Watson Harza, 2005).


Filtros rápidos descendentes:

Podem possuir sistema de retrolavagem somente com água ou ar e água;

Podem possuir camada simples ou múltiplas camadas;

Podem possuir sistema de crepinas ou leito suporte para filtração, etc.

TROS COM CALHAS DE ETA NO SENTIDO NSVERSAL

FILTROS COM CALHAS DE COLETA NO SENTIDO LONGITUDINAL


REVISÃO BIBLIOGRÁFICA CONCEITO DE ECO EFICIÊNCIA

A competitividade na produção e colocação no mercado de bens e/ou serviços que satisfazem às necessidades humanas, trazendo qualidade de vida, minimizando os impactos ambientais e o uso de recursos naturais.

Fonte:WBCSD - World Business Council for Sustainable Development. Measuring Ecoefficiency: A guide to Reporting Company Performance. Geneva, Switzerland. 2000b.

GESTÃO DE RECURSOS HÍDRICOS POR BACIA HIDROGRÁFICA

De acordo com a lei 9.433 DE JANEIRO DE 1997 (PNRH), a gestão dos recursos hídricos no País deve ocorrer de forma descentralizada, integrada e participativa.

Em nossa região o gerenciamento é feito pela Agência de Bacias PCJ.

Segundo dados da Agência Nacional de Águas (ANA), em todo o Brasil, serão necessários investimentos da ordem de R$ 22.233.360.000,00 para suprir a demanda de água até o ano de 2025. Somente no Estado de São Paulo, serão necessários cerca de R$ 5.388.730.000,00. Isto representa cerca de 24% do total.

IMPACTO POR DISPONIBILIDADE QUANTITATIVA

Já existem conflitos na região

A reversão do sistema Cantareira;

A piora na qualidade da água após períodos de estiagem prolongada que provoca o aumento da concentração de matéria orgânica pela diminuição da liberação da água do sistema Cantareira.

MATERIAIS E MÉTODOS DESCRIÇÃO DAS BACIAS HIDROGRÁFICAS PCJ

76 MUNICÍPIOS;

62 COM SEDE NAS ÁREAS DE DRENAGEM DA REGIÃO, SENDO 58 NO ESTADO DE S.P. E 4 EM MINAS GERAIS;( Estrema, Camanducaia, Itapeva, Sapucaí Mirim)

14 MUNICÍPIOS COM TERRITÓRIO NA REGIÃO DO PCJ, SENDO 13 NO ESTADO DE S.P. E 1 EM MINAS GERAIS.

COAGULAÇÃO

DECANTADORES ETA 4

FILTROS ETA 3 (8)

DISTRIBUIÇÃO

Adição de carvão Adição de cal Adição de cloro

Adição de cal Adição de cloro

Adição de cal Adição de cloro Adição de amônia Adição de flúor

CAIXA DE CONTATO

FLOCULADORES

ETA 4

FILTROS ETA 4 (9)

DECANTADORES ETA 3

FLOCULADORES

ETA 3

PRÉ SEDIMENTADOR

CAIXA DE RECIRCULAÇÃO DE ÁGUA DE LIMPEZA DOS FILTROS

TANQUE DE EQUALIZAÇÃO

CENTRÍFUGA 1

CENTRÍFUGA 2

CENTRÍFUGA 3

Adição de coagulante Adição de cal

RETORNO AO PROCESSO LODO = DISPOSIÇÃO FINAL

Adição de

polímero

Adição de

polímero

10

ADENSADOR

ADENSADOR

RIO

Adição de cal

As caixas em amarelo representam as opções de pontos de dosagem de produtos químicos. As caixas em vermelho representam os pontos de coleta

1 2

3

4 6

5 7

8

9 11

MATERIAIS E MÉTODOS DESCRIÇÃO DOS PROCESSOS ORIGINAIS DAS ETA 3 E 4

Pré-sedimentador Canal de entrada de água bruta

MATERIAIS E MÉTODOS DESCRIÇÃO DOS PROCESSOS ORIGINAIS DA ETA

Decantadores ETA 3 Decantadores ETA 4


Filtro ETA 3 Filtro ETA 4


MATERIAIS E MÉTODOS DESCRIÇÃO DOS PROCESSOS ORIGINAIS DA ETL

METODOLOGIA DE AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA

PROGRAMA DE PRODUÇÃO MAIS LIMPA

Produção Mais Limpa significa a aplicação contínua de uma estratégia econômica, ambiental e tecnológica integrada aos processos e produtos, a fim de aumentar a eficiência no uso de matérias-primas, água e energia, através da não geração, minimização ou reciclagem de resíduos gerados, com benefícios ambientais e econômicos para os processos produtivos (UNIDO, 2002).


Em algumas companhias projetos de produção mais limpa são feitos com objetivos de melhorar o cumprimento das regulamentações ambientais como resultado das pressões das autoridades

Produção Mais Limpa = prevenção da poluição =

minimização de resíduos = Eco Eficiência

Para as empresas, estes conceitos significam praticamente a mesma coisa Fonte: UNIDO, 2002


Os termos eco eficiência, prevenção da poluição, redução na fonte, minimização de resíduos, e produtividade verde são muitas vezes usada como sinônimo de Produção Mais Limpa.

Produção mais limpa é uma estratégia para a melhoria contínua de produtos, serviços e processos, a fim de reduzir a poluição e resíduos na fonte, que também pode resultar em benefícios financeiros.


Os termos "produção mais limpa" e "prevenção da poluição" também são frequentemente usados como sinônimos. A distinção entre os dois é geográfica: "prevenção da poluição" é geralmente usado na América do Norte, enquanto "Produção Mais Limpa" é o termo preferido em outras partes do mundo. Tanto Produção Mais Limpa como a prevenção da poluição tem como objetivo reduzir continuamente o impacto da poluição ambiental através da redução na origem, isto é, através da eliminação de resíduos dentro do processo, em vez de no estágio final de ciclo.

Tratamento de resíduos não é geralmente incluído na definição de Produção mais Limpa ou prevenção da poluição porque não impede a criação de resíduos.


PROPOSTA DE CRIAÇÃO DE INDICADORES ADAPTADOS CONFORME:

Enterprise-Level Indicators for Resource

Productivity and Pollution Intensity (UNIDO and UNEP 2010)


Indicador de energia elétrica;

Indicador de geração de resíduos;

Indicador de consumo de produtos químicos;

Indicador de captação de água bruta;

Indicador de eficiência do conjunto coagulação/floculação;

Indicador de eficiência dos filtros.

MAPEAMENTO DAS UNIDADES DO PROCESSO

Descrição dos processos atuais na época;

Análise das possíveis alterações;

Propostas das possibilidades existentes.

MAPEAMENTO DAS UNIDADES DO PROCESSO

Dosagem constante de carvão na entrada de água bruta sem a verificação da real necessidade e sem ferramentas para avaliar os efeitos, com a justificativa de que haveria formação de THM;

Alta dosagem de alcalinizante na entrada de ETA (pré-alcalinização) com o objetivo de elevar o pH para precipitação de manganês;

Dosagem de cloro de forma inadequada gerando cloraminas com alto potencial de formação de subprodutos que poderiam gerar gosto ou odor na água pela não oxidação da matéria orgânica;

Alta dosagem de coagulante em função da alcalinidade adicionada na pré-alcalinização;

Decantadores das ETA 3 e 4 com excesso de flocos na área ascensional da ETA 3 e excesso de floco em pontos isolados dos decantadores da ETA 4;

Filtros com necessidade de reposição constante de material e borbulhamento irregular;

Positividade nos resultados microbiológicos da água tratada em função de deficiência no processo de desinfecção;

Situação existente

COAGULAÇÃO

DECANTADORES ETA 4

FILTROS ETA 3 (8)

DISTRIBUIÇÃO

Adição de carvão Adição de cal Adição de cloro

Adição de cal Adição de cloro

Adição de cal Adição de cloro Adição de amônia Adição de flúor

CAIXA DE CONTATO

FLOCULADORES ETA 4

FILTROS ETA 4 (9)

DECANTADORES ETA 3

FLOCULADORES ETA 3

PRÉ SEDIMENTADOR

CAIXA DE RECIRCULAÇÃO DE ÁGUA DE LIMPEZA DOS FILTROS

TANQUE DE EQUALIZAÇÃO

CENTRÍFUGA 1

CENTRÍFUGA 2

CENTRÍFUGA 3

Adição de coagulante Adição de cal

RETORNO AO PROCESSO LODO = DISPOSIÇÃO FINAL

Adição de polímero

Adição de polímero

10

ADENSADOR

ADENSADOR

RIO

Adição de cal

As caixas em amarelo representam as opções de pontos de dosagem de produtos químicos. As caixas em vermelho representam os pontos de coleta

1 2

3

4 6

5 7

8

9 11

FLUXOGRAMA DAS ETA 3 E 4

RESULTADOS PRELIMINARES

ALTERAÇÃO DE pH

PLANILHA DE TESTES COM SULFATO FÉRRICO alterada.xls

RESULTADOS PRELIMINARES CONSUMO DE PRODUTOS QUÍMICOS

PRODUTO QUÍMICO Ton/ano

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

CLORETO FÉRRICO SOLUÇÃO 40%

9.968 9.128 9.949 8.361 1.555 2.802 1.619 459 101

SULFATO FÉRRICO SOLUÇÃO 44%

5.242 3.410 804 112 121

PAC SOLUÇÃO 10% Al2O3 60% Basicidade

3.073 4.767 5.269 4.829 5.512

CAL VIRGEM

3.575 3.292 3.636 2.693 2.116 1.975 1.604 1.199 1.225 1.061 1.195

CLORO

1.031 992 1.063 897 975 965 999 874 888 929 976

AMÔNIA

92,2 111,3 112,1 119,5 133,8 130,3 133,9 127,3 102,4 106,6 110,5

CARVÃO ATIVADO

1.126 861 816 316 43,3 1.0 0,5 0,00 12,8 0,00 0,00

VAZÃO DE ÁGUA TRATADA X 1.000 m³/ANO

78.134 79.198 79.699 76.793 77.016 77.759 78.969 76.661 77.635 82.029 82.762

RESULTADOS PRELIMINARES CONSUMO DE CLORO AO LONGO DOS ANOS

0

200

400

600

800

1000

1200

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

CLORO

ANO

T O N E L A D AS

RESULTADOS PRELIMINARES CONSUMO DE CARVÃO ATIVADO PULVERIZADO AO LONGO DOS ANOS

0

200

400

600

800

1000

1200

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

CARVÃO ATIVADO PULVERIZADO

T O N E L A D AS

ANO

RESULTADOS PRELIMINARES CONSUMO DE COAGULANTE AO LONGO DOS ANOS

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

COAGULANTE

T O N E L A D AS

ANO

RESULTADOS PRELIMINARES IMPLANTAÇÃO DO SISTEMA DE PRÉ-CLORAÇÃO

Ocorreu em duas etapas:

Implantação de uma inter-cloração;

Implantação da pré-cloração.

RESULTADOS PRELIMINARES JAR TEST PARA DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL DE FORMAÇÃO DE THM

Parâmetro Jarro

1 Jarro

2 Jarro

3

Cloro pré (mg/L) 10,00 10,00 10,00

FeCl3 (mg/L) 28,00 28,00 28,00

Cloro pós (mg/L) 4,00 4,00 4,00

Cal (mg/L) 1,00 1,00 1,00

turbidez após decantação (NTU) 2,16 2,41 1,90

pH 6,3 6,2 6,3

cloro livre (mg/L Cl) 0,36 0,34 0,44

cloro total (mg/L Cl) 0,52 0,46 0,44

THMs (ug/L): 23,34 24,64 25,70

RESULTADOS PRELIMINARES JAR TEST PARA DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL DE FORMAÇÃO DE THM

Jarros 1 2 3

Cloro pré (mg/L) 10,00 10,00 10,00

FeCl3 (mg/L) 28,00 28,00 28,00

Cloro pós

NH4 (mg/L) 1,00 1,00 1,00

Cal (mg/L) 10,00 10,00 10,00

turbidez após decantação (NTU): 1,88 1,95 1,78

pH: 6,3 6,4 6,3

cloro livre (mg/L Cl): nd nd nd cloro total (mg/L Cl): 2,18 2,40 2,28

THM (ug/L): 14,82 14,14 15,51

RESULTADOS PRELIMINARES OUTRAS ALTERAÇÕES

SUBSTITUIÇÃO DOS MÓDULOS DOS DECANTADORES


SUBSTITUIÇÃO DAS CREPINAS E REFORMA GERAL DOS FILTROS


REFORMA E AMPLIAÇÃO DA ETL

CRONOGRAMA

Qualificação Término das reformas dos filtros

Término das obras da ETL

Compilação de dados

Formatação da tese

Defesa

Julho 2012

Agosto 2012

Setembro 2012

Outubro 2012

Novembro 2012

Dezembro 2012

Janeiro 2013

Fevereiro 2013

Março 2013

Abril 2013

Maio 2013

BIBLIOGRAFIA

Bibliografia AGENCIA NACIONAL DE AGUA. [Online] [Citado em: 20 de 06 de 2012.]

http://atlas.ana.gov.br/Atlas/forms/ResultadosEstado.aspx. Agencia PCJ. Agencia de águas PCJ. [Online] [Citado em: 20 de 06 de 2012.] http://www.agenciapcj.org.br/novo/o-que-e-a-

agencia.html. AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION. 1999. WATER QUALITY E TREATMENT - A Handbook of Community

Water Supplies. [ed.] Raymond D. Letterman. 5. New York, San Francisco, Washington, D.C. : Mc Graw Hill, 1999. Consórcio PCJ. Consórcio PCJ. Consórcio PCJ. [Online] [Citado em: 26 de 06 de 2012.]

http://www.agua.org.br/conteudos/43/caracteristicas-geopoliticas.aspx. Di Bernardo, Luiz e Di Bernardo, Angela. 2005. MÉTODOS E TÉCNICAS DE TRATAMENTO DE ÁGUA. São Carlos :

RiMa, 2005. Vol. Volume 1. Volume I. EPA . 1999. United States Environmental Protection Agency. Enhanced Coagulation and Enhanced Precipitative Softening

Guidance Manual. Washinhton, D.C. : Office of Water, 1999. Vols. 815-R--99-012. Faust, Samuel Denton e Aly, Osman M. 1998. CHEMISTRY OF WATER TREATMENT. 2a. Boca Raton; London; New York;

Washington, D.C. : Lewis Publishers, 1998. Ghiselli, Gislaine. 2006. Avaliação da Qualidade das Águas Destinada ao Abastecimento Público na Região de Campinas:

Ocorrência e determinação de Interferentes Endócrinos (IE) e Produtos Farmaceuticos e de Higiene Pessoal (PFHP). Tese de Doutorado-Instituto de Química, UNICAMP, 2006. Tese de Doutorado .

Katz, W.J. et al. 1962. Water and Sewage Works. [A. do livro] Samuel D. Faust. CHEMISTRY OF WATER TREATMENT. s.l. : Lewis Publishers, 1962, p. 306.

Martins, José Pedro. 2008. Campinas, o vôo do saneamento. Campinas : Komedi, 2008. Montgomery Watson Brasil. Julho de 2001. Sistema de Adensamento e Desidratação de Lodo-Documentação para

concorrência. V.I. Campinas : SANASA, Julho de 2001. Montgomery Watson Harza. 2005. WATER TRETMENT PRINCIPLES AND DESIGN. Hoboken : John Wiley & Sons, 2005. UNIDO. 2002. Manual on the Development of Cleaner Production Policies-Approaches and Instruments Guidelines for

National Cleaner Production Centres and Programmes. Vienna : UNIDO, 2002.

eco eficiência de estação de tratamento de Água estudo de caso eta 3 e 4, campinas (sp)

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