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21º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

ABES – Trabalhos Técnicos 1

I-010 – PRÉ OXIDAÇÃO COM CLORO, DIÓXIDO DE CLORO E OZÔNIO, EUSO DE CARVÃO ATIVADO PARA REMOÇÃO DE SUBSTÂNCIAS HÚMICAS

DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO

Luiz Di Bernardo(1)

Professor titular do Departamento de Hidráulica e Saneamento da Escola de Engenharia deSão Carlos – Universidade de São Paulo.Angela Silva Di BernardoEngenheira civil, mestre em Engenharia Civil - Hidráulica e Saneamento e estudante dedoutorado no Departamento de Hidráulica e Saneamento da Escola de Engenharia de SãoCarlos – Universidade de São PauloPaulo Luiz Centurione FilhoEngenheiro civil e estudante de mestrado no Departamento de Hidráulica e Saneamento daEscola de Engenharia de São Carlos – Universidade de São Paulo

Endereço(1): Av. Trabalhador São-Carlense, n. 400 – São Carlos – SP – CEP: 13 566-570 – Brasil – Tel: +55(16) 273-9528 – Fax : +55 (16) 273-9550 – e-mail: [email protected]

RESUMO

O presente trabalho foi realizado com dois tipos de água, coletados em épocas distintas, em um lago usadocomo fonte de abastecimento de uma comunidade, com o objetivo de avaliar a remoção de matéria orgânicanatural, utilizando-se cloro, dióxido de cloro e ozônio como pré-oxidantes, carvão ativado em pó comoadsorvedor, sulfato de alumínio e hidroxicloreto de alumínio como coagulantes, sedimentação e flotação paraa clarificação e filtração em areia e em carvão ativado granular.

PALAVRAS-CHAVE: Pré-oxidação, cloro, dióxido de cloro, ozônio, carvão ativado.

INTRODUÇÃO

Devido a presença de matéria orgânica natural – MON, decorrente da existência de substâncias húmicas naágua, pode haver necessidade do uso de algum tipo de oxidante antes da coagulação e filtração, ou coagulação,floculação, sedimentação (flotação) e filtração. Também, quando há presença de algas no manancial, a pré-oxidação pode ser necessária para que seja produzida água tratada que atenda a legislação vigente. Entretanto,sabe-se que o oxidante pode reagir com a MON ou com produtos excretados pelas algas, e formar diversoscompostos tóxicos ao ser humano. Os níveis dos subprodutos formados na pré-oxidação (SPO) dependem dotipo e dosagem de oxidante, concentração de MON e demais características da água. Diversos parâmetros têmsido usados para medir a MON, destacando-se a cor verdadeira, teor de carbono orgânico total, carbonoorgânico dissolvido, absorvância (comprimento de onda igual a 254 nm) e teor de oxigênio consumido. OsSPOs formados podem ser classificados como SPOs halogenados (pré-oxidação com cloro e ozônio), SPOsoxidados (pré-oxidação com ozônio) e SPOs inorgânicos (principalmente com ozônio e dióxido de clorousados na pré-oxidação).

Dentre os SPOs halogenados, destacam-se os trialometanos, ácidos haloacéticos, haloacetonitrilas,haloacetonas e hidratos clorados; os SPOs oxidados incluem aldeídos, ácidos carboxílicos e bromatos; osprincipais SPOs inorgânicos, clorito e clorato, resultam do uso de dióxido de cloro. Quando a concentração deMON é elevada e a pré-oxidação se faz necessária, o carvão ativado em pó pode ser a solução em estações detratamento de água (ETAs) existentes em que se tem a sedimentação ou flotação precedendo a filtração. Poroutro lado, após a filtração rápida, o carvão ativado granular pode ser empregado para adsorver os SPOs.

Tendo em vista a existência de diversas ETAs cujos mananciais vêm apresentando problemas de qualidadesemelhantes aos mencionados anteriormente e que necessitam de algum tipo de pré-tratamento visandogarantir a produção de água com qualidade que não ofereça riscos à saúde do ser humano, foi realizado opresente trabalho para investigar os efeitos da pré-oxidação com cloro, dióxido de cloro e ozônio, de águas que

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NÃO

DISPONÍVEL


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contêm MON, no desempenho da adsorção em carvão ativado em pó, sedimentação, flotação e filtração emcarvão ativado granular.

MATERIAIS E MÉTODOS

Na Tabela 1 são apresentadas as características das águas de estudo. Os seguintes produtos foram empregados:sulfato de alumínio comercial líquido (concentração da solução = 50 % em massa; sulfato de alumínio com17% de Al2O3 = 662,6 g Al2(SO4)3 x 14,3 H2O /L; Massa Específica = 1.325 kg/L); hidroxicloreto de alumíniolíquido (massa específica = 1,3 kg/L; teor de Al2O3 = 18 a 20 % em massa por massa); polímero sintético nãoiônico (Nalco); solução de cloro (0,8 a 1,0 mg/mL de cloro livre); solução de dióxido de cloro (obtida a partirde gerador, com clorito de sódio a 7,5 % e ácido clorídrico a 9 %, com concentração de ClO2 entre 0,4 e 0,7mg/mL); ozônio; carvão ativado em pó (número de iodo igual a 800 mg I/g carvão); carvão ativado granular(número de iodo = 820 mg iodo/g carvão; massa específica aparente = 0,48 g/cm3; tamanho dos grãos = 0,30 a0,85 mm; tamanho efetivo = 0,4 a 0,45 mm; coeficiente de desuniformidade ≤ 1,7).

Tabela 1 – Características das águas de estudoCARACTERÍSTICA ÁGUA TIPO I ÁGUA TIPO II

Turbidez (uT)Cor aparente (uC)Cor verdadeira (uC)Absorvância a 254 nmOxigênio consumido (mg/L)Carbono orgânico total (mg/L)Alcalinidade (mg CaCO3/L)pHTemperatura (0C)Condutividade (µS/cm)Ferro total de amostra digerida (mg Fe/L)Manganês total de amostra digerida (mg/L)

1,8115105------------327,328 ± 1------------

5,452500,2586,66,34478,025 ± 13510,870,01

ENSAIOS REALIZADOS COM A ÁGUA TIPO I

ENSAIO 1 – DEMANDA DE CLORO E DIÓXIDO DE CLORO EM EQUIPAMENTO DE JAR TESTE

Foi realizado um ensaio com o objetivo de verificar a influência da pré-oxidação de MON com cloro e dióxidode cloro. A seguir são apresentadas as características do ensaio quanto às dosagens de produtos químicos,tempos de contato e agitação. Dosagens de cloro: 2,0; 3,5 e 5,0 mg/L; Dosagens de dióxido de cloro: 2,0; 3,5 e5,0 mg/L; Tempo de contato e agitação: 10, 20 e 30 min. (G = 120 s-1).

Os parâmetros de controle utilizados no equipamento Jar Teste foram os residuais de cloro e de dióxido decloro. Com os valores obtidos (ver Figura 1), foram usados nos ensaios subseqüentes: pré-oxidação com cloro(tempo de contato de 30 min e dosagem de 3,5 mg/L); pré-oxidação com dióxido de cloro (tempo de contatode 10 min e dosagem de 5,0 mg/L).



0

0,5

1

1,5

2

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3

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(mg

/L)

10 20 30

Tempo de Contato (min)

C l o r o D o s a d o = 2 , 0 m g / L

C l o r o D o s a d o = 3 , 5 m g / L

C l o r o D o s a d o = 5 , 0 m g / L

D i ó x i d o d e C l o r o D o s a d o =

2 , 0 m g / L


3 , 5 m g / L


5 , 0 m g / L

Figura 1 – Demanda de cloro e dióxido de cloro em função do tempo de contato

ENSAIO 2 – ADSORÇÃO EM CARVÃO ATIVADO EM PÓ

Foi realizado um ensaio com o objetivo de verificar a influência do carvão ativado em pó na remoção dematéria orgânica, após a pré-oxidação com cloro e dióxido de cloro. A seguir são apresentadas ascaracterísticas do ensaio quanto às dosagens de produtos químicos, tempos de contato e agitação.

Dosagem de cloro = 3,5 mg/LDosagem de dióxido de cloro = 4,5 mg/LDosagens de carvão ativado em pó = 10 e 20 mg/LPré-Oxidação com Cloro: Tc = 30 min; Gc = 120 s-1

Pré-Oxidação com Dióxido de Cloro: Tc = 10 min; Gc = 120 s-1

Aplicação do Carvão Ativado em Pó: Tcap = 10 min; Gcap = 120 s-1

Parâmetros de controle: residuais de cloro e dióxido de cloro e oxigênio consumido

Após o enchimento dos seis frascos do Jar Test com a Água Tipo I, ajustou-se a rotação para 100 rpm (Gc =120 s-1). Nos frascos 1, 2 e 3 foram adicionados os volumes da solução de cloro correspondentes à dosagem de3,5 mg/L, e nos frascos 4, 5 e 6 os volumes da solução de dióxido de cloro correspondentes à dosagem de 4,5mg/L. Após o tempo de contato de 10 min, introduziram-se 10 e 20 mg/L de carvão ativado em pó nos frascos5 e 6, respectivamente. Após o tempo de contato de 30 min, introduziram-se 10 e 20 mg/L do carvão nosfrascos 2 e 3, respectivamente. Passados 10 min de contato com o carvão, foram coletadas amostras paradeterminação dos teores residuais de cloro e de dióxido de cloro e de oxigênio consumido.

Com os valores obtidos (ver Figura 2) na pré-oxidação com dióxido de cloro com aplicação de carvão ativadoem pó (dosagem de 10 mg/L), resultou o menor valor de oxigênio consumido (7,1 mg/L O2, redução de 30%em relação à água bruta).



0,0

1,0

2,0

3,0

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6,0

7,0

8,0

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Oxi

gên

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(mg

/L O

2)

0 10 20

Dosagem de Carvão Ativado em Pó (mg/L)

Cloro Dosado = 3,5 mg/L

Dióxido de Cloro Dosado = 4,5 mg/L

Pré-Oxidação com cloro:Tc = 30 min e Gc = 120 s-1;

Pré-Oxidação com dióxido de cloro: Tc = 10 min e Gc = 120 s-1;

Adsorção em CAP: Tcap = 10 min; Gcap = 120 s-1

Figura 2 – Oxigênio consumido em função da dosagem de carvão ativado em pó após pré-oxidação comcloro e dióxido de cloro

ENSAIO 3 : SEDIMENTAÇÃO EM JAR TESTE

Foi realizado um ensaio variando a dosagem do sulfato de alumínio, após a pré-oxidação com cloro e adsorçãoem carvão ativado em pó. Inicialmente, pretendia-se realizar vários ensaios para obtenção do diagrama decoagulação do sulfato de alumínio. Entretanto, os resultados do primeiro ensaio indicaram que não seriapossível a construção dos diagramas de coagulação para remoção de turbidez e cor aparente, em decorrênciada baixa velocidade de sedimentação dos flocos formados. A seguir são apresentadas as características doensaio quanto às dosagens de produtos químicos, tempos de contato e agitação, tempos e gradientes da misturarápida e floculação e velocidades de sedimentação.

Dosagem de cloro = 3,5 mg/L; Dosagem de carvão ativado em pó = 10 mg/LDosagens de sulfato de alumínio (produto comercial) = 60 a 110 mg/LTempo de contato e agitação com cloro: 30 min (G = 120 s-1)Tempo de contato e agitação com carvão ativado em pó: 3 min (G = 120 s-1)Mistura Rápida: Tmr = 10 s; Gmr = 600 s-1; Floculação: Tf = 24 min; Gf = 10 s1

Velocidades de sedimentação: 2,0 e 1,0 cm/minParâmetros de controle: turbidez, cor aparente e pH de coagulação do sobrenadante.

Após o enchimento dos seis frascos do Jar Test com a Água Tipo I, foi adicionado o cloro (dosagem de 3,5mg/L) durante 30 min, com rotação de 100 rpm (Gc = 120 s-1). Feita a pré-cloração, introduziu-se o carvãoativado em pó (dosagem de 10 mg/L) durante 3 min. Ajustou-se a rotação para 300 rpm, correspondente aogradiente de velocidade na mistura rápida (600 s-1) e foram adicionadas as dosagens de sulfato de alumínioespecificadas em cada frasco. Após 10 s de mistura rápida, a rotação foi diminuída para 20 rpm (gradiente develocidade na floculação Gf = 10 s-1). Passados 24 min, foram feitas coletas de amostras para leitura deturbidez, cor aparente e pH, nos tempos de sedimentação de 3,5 e 7 min. (correspondentes às velocidade desedimentação compatíveis com as taxas de escoamento superficial observadas nos decantadores convencionaisde escoamento horizontal.

Para as dosagens de sulfato de alumínio (produto comercial) utilizadas, não foram verificadas significativasalterações na eficiência de remoção de turbidez e cor aparente. Estes resultados (ver Figuras 3 e 4) indicaramque a sedimentação, após coagulação e floculação, não era a tecnologia de tratamento adequada para aclarificação da Água Tipo I.



0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

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Tu

rbid

ez R

eman

esce

nte

(u

T)

60 70 80 90 100 110

Dosagem de Sulfato de Alumínio (mg/L)

Vs = 2,0 cm/min

Vs = 1,0 cm/min

Pré-Oxidação com cloro:Dosagem = 3,5 mg/LTc = 30 min e Gc = 120 s-1;Adsorção em CAP: Dosagem = 10 mg/LTcap = 3 min; Gcap = 120 s-1Mistura Rápida:Tmr = 10 s; Gmr = 600 s-1Floculação:

Tf = 24 min; Gf = 10 s-1

Figura 3 – Turbidez remanescente em função da dosagem de sulfato de alumínio para diferentesvelocidades de sedimentação

0

50

100

150

200

250

Co

r A

par

ente

Rem

anes

cen

te (u

C)

60 70 80 90 100 110

Dosagem de Sulfato de Alumínio (mg/L)

Vs = 2,0 cm/min

Vs = 1,0 cm/min

Pré-Oxidação com cloro:Dosagem = 3,5 mg/LTc = 30 min e Gc = 120 s-1;Adsorção em CAP: Dosagem = 10 mg/LTcap = 3 min; Gcap = 120 s-1Mistura Rápida:Tmr = 10 s; Gmr = 600 s-1Floculação:

Tf = 24 min; Gf = 10 s-1

Figura 4 – Cor aparente remanescente em função da dosagem de sulfato de alumínio para diferentesvelocidades de sedimentação

ENSAIO 4 – SEDIMENTAÇÃO E APLICAÇÃO DE POLÍMERO SINTÉTICO NÃO IÔNICO

Foi realizado um ensaio para verificação da influência da velocidade de sedimentação e da dosagem depolímero sintético não iônico na eficiência de remoção de turbidez e cor aparente, após a pré-oxidação comcloro, adsorção em carvão ativado em pó e coagulação com sulfato de alumínio. A seguir são apresentadas ascaracterísticas do ensaio quanto às dosagens de produtos químicos, tempos de contato e agitação, parâmetrosda mistura rápida e floculação e velocidades de sedimentação.

Dosagem de cloro = 3,5 mg/L; Dosagem de carvão ativado em pó = 10 mg/LDosagem de sulfato de alumínio (produto comercial) = 100 mg/LDosagem de polímero sintético não iônico = 0,25 a 1,5 mg/LTempo de contato e agitação com cloro: 30 min (G = 120 s-1)Tempo de contato e agitação com carvão ativado em pó: 3 min (G = 120 s-1)Mistura rápida: Tmr = 10 s; Gmr = 600 s-1

Tempo de contato e agitação com polímero: 60 s (G = 300 s-1)Floculação: Tf = 24 min; Gf = 10 s1



Velocidades de sedimentação: 5,1; 3,5; 1,9 e 0,9 cm/minParâmetros de controle: turbidez, cor aparente e pH de coagulação do sobrenadante

Após o enchimento dos seis frascos do Jar Test com a Água Tipo I, foi adicionado o cloro (dosagem de 3,5mg/L) durante 30 min com rotação de 100 rpm (Gc = 120 s-1). Feita a pré-cloração, foram introduzidos 10mg/L de carvão ativado em pó durante 3 min. Ajustou-se a rotação para 300 rpm, correspondente ao gradientede velocidade na mistura rápida (600 s-1) e foi adicionado o sulfato de alumínio (100 mg/L do produtocomercial). Após 10 s de mistura rápida, o polímero foi introduzido e a rotação diminuída para 180 rpm(gradiente de velocidade Gp = 300 s-1). Depois de 1 min de agitação com o polímero, a rotação foi acertadapara 20 rpm, correspondente ao gradiente de velocidade da floculação (Gf = 10 s-1). Passados 24 min, foramfeitas coletas de amostras para leitura de turbidez, cor aparente e pH, nos tempos de sedimentação de 1,4, 2,3,5 e 7 min .

Não foi obtida redução significativa dos valores de turbidez e cor aparente remanescentes da água decantadacom o uso do polímero sintético não iônico como auxiliar de floculação e isto indica que, no caso, asedimentação, após coagulação e floculação, não era a tecnologia de tratamento adequada para a clarificaçãoda Água Tipo I (ver Figuras 5 e 6).

11,0

11,5

12,0

12,5

13,0

13,5

14,0

14,5

15,0

15,5

16,0

0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50

Dosagem de Polímero Sintético Não Iônico (mg/L)

Tu

rbid

ez R

eman

esce

nte

(uT

)

Vs1 = 5,1 cm/min

Vs2 = 3,5 cm/min

Vs3 = 1,9 cm/min

Vs = 0,9 cm/min

Pré-CloraçãoDcl = 3,5 mg/LTc = 30 min e Gc = 120 s-1;Adsorção em CAP:

Dcap = 10 mg/LTcap = 3 min; Gcap = 120 s-1Mistura Rápida:DAS = 100 mg/L Tmr = 10 s; Gmr = 600 s-1

Polímero:Tp = 1 min; Gp = 300 s-1Floculação:

Tf = 24 min; Gf = 10 s-1

Figura 5 – Turbidez remanescente em função da dosagem de polímero sintético não iônico paradiferentes velocidades de sedimentação



160

180

200

220

240

0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50

Dosagem de Polímero Sintético Não Iônico (mg/L)

Co

r A

par

ente

Rem

anes

cen

te (u

C)

Vs1 = 5,1 cm/min

Vs2 = 3,5 cm/min

Vs3 = 1,9 cm/min

Vs = 0,9 cm/min

Pré-CloraçãoDcl = 3,5 mg/L

Tc = 30 min e Gc = 120 s-1;Adsorção em CAP: Dcap = 10 mg/L

Tcap = 3 min; Gcap = 120 s-1Mistura Rápida:

DAS = 100 mg/L Tmr = 10 s; Gmr = 600 s-1Polímero:

Tp = 1 min; Gp = 300 s-1Floculação:

Tf = 24 min; Gf = 10 s-1

Figura 6 – Cor aparente remanescente em função da dosagem de polímero sintético não iônico paradiferentes velocidades de sedimentação

ENSAIO 5 : FILTRAÇÃO DIRETA

Foi realizado um ensaio de filtração direta em instalação de laboratório com meio filtrante de areia, apóscoagulação com sulfato de alumínio e hidroxicloreto de alumínio. A seguir são apresentadas as característicasdo ensaio quanto às dosagens de produtos químicos, tempos de contato e agitação, parâmetros da misturarápida e floculação e tempos de filtração no filtro de laboratório.

Dosagem de cloro = 3,5 mg/LDosagem de sulfato de alumínio (produto comercial líquido) = 30 a 50 mg/LDosagem de hidroxicloreto de alumínio = 20 a 40 mg/LTempo de contato e agitação com cloro: 30 min (G = 120 s-1)Mistura Rápida: Tmr = 10 s; Gmr = 1200 s-1

Coleta de amostras nos tempos de filtração no filtro de laboratório: 10, 20 e 30 minParâmetros de controle: turbidez, cor aparente e pH de coagulação do filtrado

Procedimento de ensaio sem pré-cloração: após o enchimento dos seis frascos do Jar Test com a Água Tipo I,ajustou-se a rotação para 500 rpm, equivalente ao gradiente de velocidade de 1200 s-1, e introduziu-se ocoagulante em cada frasco. Após 10 s de mistura rápida, desligou-se o agitador e abaixou-se gradualmente osuporte de coleta, de modo que a vazão afluente em cada filtro fosse constante durante os 30 min de filtração.Foram feitas coletas dos efluentes dos seis filtros após 10, 20 e 30 min de filtração.

Procedimento de ensaio com pré-cloração: após o enchimento dos seis frascos do Jar Test com a Água Tipo I,foi adicionado o cloro (dosagem de 3,5 mg/L) durante 30 min com rotação de 100 rpm (Gc = 120 s-1) nosfrascos 2, 3, 4 e 5. Feita a pré-cloração, ajustou-se a rotação para 500 rpm, equivalente ao gradiente develocidade de 1200 s-1, e introduziu-se o coagulante em cada frasco. Após 10 s de mistura rápida, desligou-seo agitador e abaixou-se gradualmente o suporte de coleta, de modo que a vazão afluente em cada filtro fosseconstante durante os 30 min de filtração. Foram feitas coletas dos efluentes dos seis filtros após 10, 20 e 30min de filtração.

Os melhores valores (ver Figuras 7 a 10) foram obtidos utilizando dosagem de hidroxicloreto de alumínioentre 40 e 60 mg/L na remoção de turbidez e cor aparente; dosagem de sulfato de alumínio superior a 100mg/L do produto comercial. A pré-cloração não interferiu nos resultados de turbidez e cor aparenteremanescentes.



0,0

0,5

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3,5

4,0

Tu

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(u

T)

10 20 30

T e m p o d e F i l t r a ç ã o ( m i n )

H i d r o x i C l o r e t o d e A l u m í n i o =

2 0 , 0 m g / L


3 0 , 0 m g / L


4 0 , 0 m g / L

S u l f a t o d e A l u m í n i o

( p . c o m e r c i a l ) = 3 0 , 0 m g / L


( p . c o m e r c i a l ) = 4 0 , 0 m g / L


( p . c o m e r c i a l ) = 5 0 , 0 m g / L

M i s t u r a R á p i d a :

T m r = 1 0 s ; G m r = 1 2 0 0 s - 1

F i l t r a ç ã o : I n s t a l a ç ã o d e F i l t r o s -

P i l o t o

Figura 7 – Turbidez Remanescente em função do Tempo de Filtração para diferentes condições decoagulação, Ensaio de Filtração Direta Descendente sem Pré-Cloração

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

Tu

rbid

ez R

eman

esce

nte

(uT

)

10 20 30

Tempo de Filtração (min)

Hidroxi Cloreto de Alumínio = 50,0mg/L

Hidroxi Cloreto de Alumínio = 60,0mg/L; Cloro = 3,5 mg/L


Sulfato de Alumínio (p.comercial) =80,0 mg/L; Cloro = 3,5 mg/L


Sulfato de Alumínio (p.comercial) =100,0 mg/L

Pré-Cloração:Dcl = 3,5 mg/LTc = 30 min e Gc = 120 s-1Mistura Rápida:Tmr = 10 s; Gmr = 1200 s-1Filtração: Instalação de Filtro-Piloto

Figura 8 – Turbidez Remanescente em função do Tempo de Filtração para diferentes condições decoagulação, Ensaio de Filtração Direta Descendente com Pré-Cloração



0,0

20,0

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60,0

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140,0

Co

r A

par

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anes

cen

te

(uC

)

10 20 30

Tempo de F i l t ração (min )


20 ,0 mg/L


30 ,0 mg/L


40 ,0 mg/L

Su l f a t o de A lumín i o ( p

c o m e r c i a l ) = 3 0 , 0 m g / L


(p . comerc ia l ) = 40 ,0 mg /L


(p . comerc ia l ) = 50 ,0 mg /L

M is tu ra Ráp ida :

T m r = 1 0 s ; G m r = 1 2 0 0 s - 1

F i l t r ação : I ns ta lação de

F i l t r o s - P i l o t o

Figura 9 – Cor Aparente Remanescente em função do Tempo de Filtração para diferentes condições decoagulação, Ensaio de Filtração Direta Descendente sem Pré-Cloração

0

5

10

15

20

25

30

35

Co

r A

par

ente

Rem

anes

cen

te (u

C)

10 20 30

Tempo de Filtração (min)

Hidroxi Cloreto de Alumínio = 50,0mg/L





Sulfato de Alumínio (p.comercial) =100,0 mg/L

Pré-Cloração:Dcl = 3,5 mg/LTc = 30 min e Gc = 120 s-1Mistura Rápida:Tmr = 10 s; Gmr = 1200 s-1Filtração: Instalação de Filtro-Piloto

Figura 10 – Cor Aparente Remanescente em função do Tempo de Filtração para diferentes condições decoagulação, Ensaio de Filtração Direta Descendente com Pré-Cloração

ENSAIO 6: FLOTAÇÃO POR AR DISSOLVIDO

Para o estudo de viabilidade do emprego da flotação, foi utilizado um equipamento de bancada chamado FlotTeste (ver Figura 16), com câmara de flotação de seção retangular cujas características geométricas sãosemelhantes às do equipamento Jar Teste. O sistema de flotação é o FADPR (Flotação por Ar Dissolvido comPressurização da Recirculação). A seguir são apresentadas as características do ensaio quanto às dosagens deprodutos químicos, tempos de contato e agitação, parâmetros da mistura rápida, floculação e flotação.

Dosagem de cloro = 3,5 mg/LDosagem de carvão ativado em pó = 10 mg/LDosagem de hidroxicloreto de alumínio = 40,0mg/LDosagem de sulfato de alumínio = 100,0 mg/L com dosagem de 0,5 mg/L de polímero não iônicoMistura Rápida: Tmr = 10 s; Gmr = 600 s-1; Floculação: Tf = 20 min; Gf = 10 s-1

Velocidades de flotação: 12,4; 4,1; 2,1 e 1,4 cm/min; taxa de recirculação : 10 %; pressão na câmara depressurização : 400 kPaParâmetros de controle: turbidez, cor aparente e pH de coagulação



Foi adicionado o volume de cloro correspondente à dosagem de 3,5 mg/L, para um tempo de contato de30min, a uma porção de água bruta (2 L). Posteriormente, foi adicionado o volume de solução de carvãoativado (DCAP = 10 mg/L), para um tempo de contato de 3 min. Iniciou-se a mistura rápida com rotação de 300rpm, correspondente ao gradiente de velocidade médio de mistura rápida (Gmr = 600 s-1) com a adição dovolume de solução de coagulante. Passado o tempo de mistura rápida de 10 s, a rotação do equipamento foiajustada para 100 rpm e foi adicionado (quando necessário) o volume de polímero correspondente à dosagemde 0,5 mg/L para um tempo de contato de 1 min. Em seguida, iniciou-se a floculação com rotação de 20 rpm,correspondente ao gradiente de velocidade médio de floculação (Gf = 10 s-1). Passado o tempo de floculaçãode 20 min, a paleta foi retirada do frasco e o registro de entrada de água saturada com ar do frasco foi abertode modo a aplicar a taxa de recirculação (R = 10%). As amostras foram coletadas para os tempos de 1, 3, 6 e 9min após o fechamento do registro, correspondendo, respectivamente, às velocidades ascensionais (VA) de12,4, 4,1, 2,1 e 1,4 cm/min.

Não foram verificadas alterações significativas na remoção de turbidez da água bruta, porém, houve reduçãode 80 % na cor aparente com relação à água bruta para a velocidade ascensional de 12,4 cm/min utilizandoambos coagulantes (ver Figuras 11 a 13).

0

20

40

60

80

100

120

Co

r A

par

ente

(uC

) e T

urb

idez

(u

T)

Rem

anes

cen

tes

12,4 4,1 2,1 1,4

Velocidade Ascensional - VA (cm/min)

Cor aparenteremanescente

Turbidezremanescente

R = 10 %; P = 400 kPa;

Dosagens de produtosquímicos:DCl = 3,5 mg/L;

DDcap= 10 mg/L;

DSA = 70,0 mg/L(produto comercial);Mistura Rápida:Tmr = 10 s e Gmr = 600s

-1;Floculação:Tf = 20 min e Gf = 10s

-1.

Figura 11 – Comparação entre os valores de cor aparente e de turbidez remanescentes para diversasvelocidades ascensionais com emprego da pré-cloração, carvão ativado e sulfato de alumínio

0

10

20

30

40

50

60

70

Co

r A

pare

nte

(uC

) e T

urbi

dez

(uT

)R

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esce

nte

s

12,4 4,1 2,1 1,4

Velocidade Ascensional - VA (cm/min)



R = 10 %; P = 400 kPa;Dosagens de produtosquímicos:DCl = 3,5 mg/L;

DDcap = 10 mg/L;

DSA = 100,0 mg/L(produto comercial);Dpo l = 0,5 mg/L;Mistura Rápida:Tmr = 10 s e Gmr = 600s

-1;Floculação:Tf = 20 min e Gf = 10s

-1.

Figura 12 – Comparação entre os valores de cor aparente e de turbidez remanescentes para diversasvelocidades ascensionais com emprego da pré-cloração, carvão ativado, polímero sintético não iônico esulfato de alumínio



0

5

10

15

20

25

30

Co

r A

par

ente

(u

C)

e T

urb

idez

(u

T)

Rem

anes

cen

tes

12,4 4,1 2,1 1,4Velocidade Ascensional - VA (cm/min)



R = 10 %; P = 400 kPa;Dosagens de produtosquímicos:DCl = 3,5 mg/L; DCAP = 10 mg/L;DH = 40,0mg/L;Mistura Rápida:Tmr = 10 s e Gmr = 600s

-1;Floculação:Tf = 20 min e Gf = 10 s-1.

Figura 13 – Comparação entre os valores de cor aparente e de turbidez remanescentes para diversasvelocidades ascensionais com (emprego da pré-cloração, carvão ativado e de hidroxicloreto de alumínio

ENSAIOS REALIZADOS COM A ÁGUA TIPO II

Foram realizados ensaios de filtração direta e flotação por ar dissolvido utilizando a água com ascaracterísticas da Tabela 1. Para a realização dos ensaios foi utilizada uma instalação de filtração direta delaboratório (ver Figura 15) com meio filtrante contendo carvão ativado granular e o equipamento de flotaçãopor ar dissolvido de laboratório, o Flot-Teste (ver Figura 16). O ozônio foi utilizado para promover a pré-oxidação da matéria orgânica contida na água bruta.

ENSAIO 1 – FILTRAÇÃO EM CAG

Foi enchido um frasco do equipamento Jar-Test e imediatamente iniciada a filtração na instalação piloto e feitaa coleta após 10 min. A seguir são apresentadas as características do ensaio quanto à taxa de filtração, temposde filtração e coleta do filtrado.

Espessura do meio filtrante: 20 cmTaxa de filtração: 0,0444 m/min = 64 m3/m2.d; Tempo de detenção: 10 minColeta: após 10 min de filtração

Os parâmetros de controle no ensaio foram: turbidez e cor aparente. Os valores remanescentes obtidos foramturbidez de 0,37 uT e cor aparente de 3 uC.

ENSAIO 2 – FILTRAÇÃO DE ÁGUA BRUTA PRÉ-OXIDADA COM OZÔNIO EM CAG

A coluna de ozonização foi enchida com 2 litros de água bruta. Em seguida, com a regularização da vazão deoxigênio, o equipamento de ozonização foi ligado. Após 5 min, a amostra de água pré-oxidada foi coletada naparte inferior da coluna e levada ao frasco do equipamento Jar-Teste. Imediatamente depois, foi iniciada afiltração na instalação piloto e feita a coleta após 10 min. A seguir são apresentadas as características do ensaioquanto ao tempo de pré-oxidação, taxa de filtração, tempos de filtração e coleta do filtrado.

Tempo de ozonização: 5 min; Altura da coluna de ozonização: 4 mEspessura do meio filtrante: 20 cmTaxa de filtração: 0,0444 m/min = 64 m3/m2.d; Tempo de detenção: 10 minColeta do filtrado: após 10 min de filtração

Os parâmetros de controle foram: turbidez e cor aparente. Os valores remanescentes obtidos foram turbidez de0,57 uT e cor aparente de 3 uC.



ENSAIO 3 – FLOTAÇÃO E FILTRAÇÃO EM CAG

Após o enchimento do frasco do Flot-Test com a água, iniciou-se a mistura rápida com rotação de 450 rpm,correspondente ao gradiente de velocidade médio de mistura rápida de 1000s-1. Passado o tempo de misturarápida de 10 s, iniciou-se a floculação com rotação de 32 rpm, correspondente ao gradiente de velocidademédio de floculação de 20 s-1. Passado o tempo de floculação de 20 min, a paleta foi retirada do frasco e oregistro de entrada de água saturada com ar do frasco foi aberto de modo a aplicar a taxa de recirculação (R =10 %). Decorrido o tempo de 2,5 min após o fechamento do registro, correspondente à velocidade deascensional de 5 cm/min, foi coletada a amostra “3B” do subnadante e iniciada a filtração na instalação defiltração de laboratório. A coleta da amostra filtrada “3A" foi feita após 10 min. A seguir são apresentadas ascaracterísticas do ensaio quanto à dosagem de coagulante, parâmetros da mistura rápida, floculação e flotação,taxa de filtração e tempo de filtração.

Sulfato de Alumínio (produto comercial líquido) = 100 mg/LMistura Rápida: Tmr = 10 s; Gmr = 1000 s-1; Floculação: Tf = 20 min; Gf = 10 s-1

Tempo para início da filtração: 2,5 min (Velocidade ascensional: VA = 5 cm/min)Taxa de recirculação = 10 %;Pressão na câmara de pressurização = 400 kPaEspessura do meio filtrante (CAG): 20 cmTaxa de filtração: 0,0444 m/min = 64 m3/m2.d; Tempo de contato : 10 minColeta do filtrado: após 10 min de filtração

Os parâmetros de controle foram: turbidez, cor aparente e pH. Os valores remanescentes obtidos foramturbidez de 0,23 uT e cor aparente de 1 uC.

ENSAIO 4 – PRÉ-OXIDAÇÃO COM OZÔNIO, FLOTAÇÃO E FILTRAÇÃO EM CAG

A coluna de ozonização foi enchida com 2 litros de água bruta. Em seguida, com a regularização da vazão deoxigênio, o equipamento de ozonização foi ligado. Após 5 min, a amostra de água pré-oxidada foi coletada naparte inferior da coluna e levada ao frasco do equipamento Flot-Teste. Posteriormente, iniciou-se a misturarápida com rotação de 450 rpm, correspondente ao gradiente de velocidade médio de mistura rápida de 1000 s-

1. Passado o tempo de mistura rápida de 10 s, iniciou-se a floculação com rotação de 32 rpm, correspondenteao gradiente de velocidade médio de floculação de 20 s-1. Passado o tempo de floculação de 20 min, a paletafoi retirada do frasco e o registro de entrada de água saturada com ar do frasco foi aberto de modo a aplicar ataxa de recirculação (R = 10 %). Decorrido o tempo de 2,5 min após o fechamento do registro, correspondenteà velocidade de ascensional de 5 cm/min, foi coletada a amostra “4B” do subnadante e iniciada a filtração nainstalação de filtração direta de laboratório. A coleta da amostra filtrada “4A" foi feita após 10 min. A seguirsão apresentadas as características do ensaio quanto à dosagem de coagulante, tempo de ozonização,parâmetros da mistura rápida, floculação e flotação, taxa de filtração e tempo de filtração.

Sulfato de Alumínio (produto comercial) = 100,0 mg/LTempo de ozonização: 5 min; Altura da coluna de ozonização: 4 mMistura Rápida: Tmr = 10 s; Gmr = 1000 s-1; Floculação: Tf = 20 min; Gf = 10 s-1

Tempo para início da filtração: 2,5 min (Velocidade ascensional: VA = 5 cm/min)Taxa de recirculação = 10 %; Pressão = 400 kPaEspessura do meio filtrante (CAG): 20 cmTaxa de filtração: 0,0444 m/min = 64 m3/m2.d; Tempo de detenção: 10 minColeta do filtrado: após 10 min de filtração

Os parâmetros de controle foram: turbidez, cor aparente e pH. Os valores remanescentes obtidos foramturbidez de 0,17 uT e cor aparente de 1 uC.

COMPARAÇÃO DO RESULTADOS DOS ENSAIOS COM ÁGUA TIPO II

Na Tabela 2 e Figura 14 são apresentados os resultados obtidos nos quatro ensaios.



Tabela 2 – Resultados do Ensaios

CARACTERÍSTICA 1 2 3 A 3 B 4 A 4 BpH 8,4 8,6 8,5 7,0 8,7 7,0

Alcalinidade Total (mg/L CaCO3) 101 105 53 24 42 22Cor Aparente (uC) 3 3 1 17 1 15

Cor Verdadeira (uC) 3 3 1 - 1 -Turbidez (uT) 0,37 0,57 0,23 1,59 0,17 1,49

Absorvância (254 nm) 0,004 0,003 0,002 - 0,001 -Condutividade elétrica (µS/cm) 289,0 286,0 292,0 - 321,0 -

Oxigênio Consumido (mg/L O2) 0,2 0,3 0,4 - 0,5 -COT (mg de C/L) 1,431 0,986 0,937 - 0,889 -

Ferro Total (mg de Fe/L) ND ND ND - ND -Manganês Total (mg de Mn/L) ND ND ND - ND -

As colunas 3B e 4B da tabela são referentes aos resultados das amostras dos subnadantes após a flotação,imediatamente antes do início da filtração utilizando CAG.

0

1

2

3

4

5

uC

, uT

, mg

/L d

e O

xig

ênio

ou

mg

C/L

1 2 3A 4AEnsaio

Cor aparente (uC)Cor verdadeira (uC)Turbidez (uT)Oxigênio consumido (mg/L O2)COT (mg C/L)

Características da Água Bruta:Turbidez = 5,34 uTCor aparente = 52,0 uCCor verdadeira = 50,0 uCOxigênio consumido = 6,6 mg/L de O2COT = 6,834 mg C/L

Figura 14 – Comparação dos resultados dos ensaios 1 a 4 – Água Tipo II

Observando-se a Figura 14, verifica-se que foram obtidos resultados de cor aparente, cor verdadeira e turbidezinferiores à 5 uC e 1 uT.

CONCLUSÕES

As seguintes conclusões resultaram do trabalho experimental realizado.

ÁGUA TIPO I

Nos ensaios de sedimentação em Jar Test, o aumento da dosagem de 60 a 110 mg/L de sulfato de alumínio(produto comercial) não melhorou a sedimentabilidade dos flocos (mesmo para velocidades de sedimentação



baixas), indicando que esta não era tecnologia de tratamento adequada para a clarificação da Água Tipo I.Também, dosagens de polímero sintético não iônico até 1,5 mg/L não foram suficientes para a formação deflocos com alta velocidade de sedimentação. Cabe ressaltar que a pré-cloração não interferiu nos resultados deturbidez e cor aparente remanescentes.

Os resultados obtidos nos ensaios de flotação por ar dissolvido (utilizando os dois coagulantes) e filtraçãodireta utilizando dosagens de 40 a 60 mg/L de hidroxicloreto de alumínio indicam ser as tecnologiasapropriadas para o tratamento da Água Tipo I.

ÁGUA TIPO II

O emprego do ozônio como pré-oxidante foi fundamental para a redução da cor aparente anteriormente àaplicação da flotação e filtração, pois, logo após o tempo de contato, pode-se observar visualmente umasensível redução do parâmetro com relação à água bruta. Em todos os ensaios para a clarificação da Água TipoII, foram obtidos resultados de turbidez e cor aparente remanescentes inferiores à 1 uT e 5 uC. Entretanto, osmelhores resultados foram obtidos utilizando ozônio como pré-oxidante (tempo de contato de 5 min), flotaçãopor ar dissolvido (velocidade ascensional de 5 cm/min, taxa de recirculação de 10% e pressão de 400 kPa) efiltração direta, empregando-se, como meio filtrante, o carvão ativado granular (espessura de 20 cm, tempo dedetenção de 10 min e taxa de filtração de 64 m3/m2.dia), com valores remanescentes de 0,17 uT e 1 uC.

INSTALAÇÕES UTILIZADAS

Figura 16 – Equipamento de Jar Teste e filtros de laboratório

Mistura Rápida Início da Recirculação



Subida das Microbolhas e Clarificação Final da ClarificaçãoFigura 16 – Etapas da Flotação no Flot Teste (FADPR)

BIBLIOGRAFIA

1. AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION (1990) Water Quality and Treatment - A Handbook ofCommunity Water Supplies. AWWA IV Ed., USA.

2. DI BERNARDO, L. (1993) Métodos e Técnicas de Tratamento de Água. Di Bernardo & ABES, Vol I,Rio de Janeiro, Brasil.

i-010 – prÉ oxidaÇÃo com cloro, diÓxido de cloro e … · 5,0 mg/l; tempo de contato e...

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