FERREIRA FILHO S S e MARCHETTO M - Otimização Multi-objetivo de Estações de Tratamento de Águas...

7/24/2019 FERREIRA FILHO S S e MARCHETTO M - Otimizao Multi-objetivo de Estaes de Tratamento de guas de Abaste

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Eng. sanit. ambient. 7 Vol.11 - N 1 - jan/mar 2006, 7-15

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RESUMO

Normalmente, as estaes de tratamento de gua (ETAs) temobjetivado otimizao de remoo de turbidez, cor aparente,bem como a produo de uma gua segura do ponto de vistamicrobiolgico. No entanto, em face de novos desafios tcnicos,os objetivos a serem atingidos tem sido mais abrangentes. Destemodo, este trabalho teve por propsito estudar a otimizao daETA Rio Grande, definindo as suas condies de operao que

tenha por objetivo a maximizao da remoo de turbidez, com-postos orgnicos naturais (CONs) e gosto e odor. Concluiu-seque a coagulao operada na faixa de pH entre 5,8 e 6,5 permitetanto a otimizao da remoo de turbidez, mas tambm deCONs. A remoo de gosto e odor por adsoro apresentou-seser independente do pH e, assim sendo, os objetivos de otimizaoda operao da ETA Rio Grande mostraram-se viveis tecnica-mente.

PALAVRAS-CHAVE:Tratamento de gua, adsoro, remoode cor e turbidez, carvo ativado, gosto e odor.

ABSTRACT

Traditionally, the design of conventional water treatment plants(WTPs) has considered turbidity and color removal as well as theproduction of microbiologically safe water as primary goals regardingtreatment optimization. In face of new technical challenges, thewater quality objectives that must be achieved are far reaching. Thepurpose of this paper was to study the optimization of Rio GrandeWTP in order to define the optimum operating conditions with

respect to coagulation which maximize turbidity, natural organicmatter (NOM) and taste and odor removal. The experimental resultsindicated that the coagulation pH in the range 5.8 to 6.5 led toboth turbidity removal and NOM removal optimization. Inaddition to that and regardless of the pH range, taste and odorremoval by adsorption was satisfactory. Therefore, the optimizationof Rio Grande WTP is technically feasible.

KEYWORDS: Water treatment, adsorption, color and turbidityremoval, activated carbon, taste and odor.

INTRODUO

Tradicionalmente, o projeto de es-taes de tratamento de gua convencio-nais para o tratamento de guas de abas-tecimento tem considerado como princi-pais objetivos a otimizao dos proces-sos de remoo de material particulado ecor aparente, bem como a produo deuma gua segura do ponto de vistamicrobiolgico e qumico.

No entanto, devido escassez degua em regies metropolitanas e, associ-ado ao fato de que a maior parte dos ma-nanciais utilizados para abastecimentopblico de sistemas de grande porte temcomo origem reservatrios de acumula-o que se encontram em elevado estado

de eutrofizao, a dimenso dos proble-mas e desafios a serem enfrentados atual-

mente pelos profissionais do setor signi-ficativa, especialmente para estaes detratamento de gua (ETAs) j existentese que encontram dificuldades na incor-porao de processos e operaes unitri-as adicionais.

A Figura 1 apresenta uma visomulti-objetivo de uma estao de trata-mento de gua, considerando alguns dosproblemas ambientais mais significativosa serem defrontados quando do seu pro-jeto e operao.

Do ponto de vista prtico, uma dasprimeiras etapas do projeto de um siste-ma de abastecimento de gua a seleodo manancial que, preferencialmente,

deve atender a critrios de quantidade equalidade mnimas requeridas quando de

sua utilizao para fins de potabilizao.Com respeito ao aspecto qualitativo, his-toricamente, os mananciais empregadospara abastecimento pblico sempre fo-ram escolhidos de modo a possibilitar queas ETAs fossem do tipo convencionaisou uma variante desta (filtrao em linhaou filtrao direta).

Assim sendo, os seus principais ob-jetivos a serem atendidos era a produ-o de gua potvel no tocante ao Padrode Potabilidade para cor e turbidez eque fosse segura do ponto de vista micro-bioolgico e qumico. Como a grandemaioria dos sistemas de abastecimento noBrasil possui mais de 30 anos de vida til

OTIMIZAOMULTI-OBJETIVODEESTAESDETRATAMENTODEGUASDEABASTECIMENTO: REMOODETURBIDEZ,

CARBONOORGNICOTOTALEGOSTOEODOR

MULTI-OBJECTIVEOPTIMIZATIONOFWATERTREATMENTPLANTS: TURBIDITY,TOTALORGANICCARBONANDTASTE& ODORREMOVAL

SIDNEYSECKLERFERREIRAFILHO

Engenheiro Civil pela EPUSP. Mestre e Doutor em Engenharia Civil pela EPUSP. Professor Associado do Departamento deEngenharia Hidrulica e Sanitria da Escola Politcnica da Universidade de So Paulo

MARGARIDAMARCHETTO

Pesquisadora Ps-Doutoranda do Departamento de Engenharia Hidrulica e Sanitria da Escola Politcnica da Universidadede So Paulo em regime de dedicao integral a docncia e a pesquisa

Recebido: 16/05/05 Aceito: 25/10/05


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e tendo sido este o principal delineadorna concepo das estaes, a maior partedestas atualmente em operao do tipoconvencional.

No entanto, no ano de 1974, al-guns pesquisadores descobriram que areao do cloro com determinados com-postos orgnicos naturais (CONs) po-deria formar compostos orgnicos halo-genados (Rook, 1976; Bellar et al, 1976).Dentre estes, os que esto presentesem maiores concentraes em guas deabastecimento, quando submetida aoprocesso de desinfeco com o clo-ro, so os compostos classificadoscomo trihalometanos (clorofrmio,bromofrmio, diclobromometano,dibromo-clorometano) e os cidoshaloacticos (cido monocloroacti-

co, dicloroactico, tricloroactico,monobromoactico e dibromoactico).Tendo por propsito reduzir a for-

mao de trihalometanos (THMs) e ci-dos haloacticos (AHAs) em guas deabastecimento, podem ser identificadastrs linhas de atuao, a saber (Singer,1994):

Remoo dos compostos orgni-cos precursores de subprodutos da de-sinfeco em guas de abastecimento.

Alterao do ponto de aplicaodo agente desinfetante, mudana do

agente desinfetante ou uma combinaode ambos. Remoo dos compostos orgni-

cos halogenados totais, uma vez forma-dos durante o processo de desinfeco.

Em face dos novos desafios impos-tos no tocante minimizao da forma-o de subprodutos da desinfeco(SPD), diferentes tcnicas tm sido em-pregadas para tal, sobressaindo-se a maxi-mizao de remoo de CONs pelo pro-cesso de coagulao, por ser esta uma ope-rao unitria j integrante de ETAs con-vencionais e suas variantes, bem como autilizao de agentes oxidantes alterna-tivos.

A partir de ento, a operao dosprocessos unitrios componentes do tra-tamento convencional de guas de abas-tecimento passou a ter de contemplar, noapenas a produo e fornecimento de guacom padres estticos adequados e isentade microrganismos patognicos, comotambm tendo que minimizar a forma-o de compostos orgnicos sub-produ-tos da desinfeco.

Historicamente, at 1974, o con-

trole da concentrao de CONs em guasde abastecimento teve sempre por pro-

Figura 1 Funes multi-objetivos envolvidos no projeto e operao de

uma estao de tratamento de gua

psito reduzir a cor real visando a produ-o de uma gua final esteticamente ade-quada para fins de consumo. Dado queas guas naturais podem conter significa-tivas concentraes de CONs que notenham a propriedade de transmitir luzvisvel e que, consequentemente, no pro-porcionam cor real, mas que possam serprecursores de sub-produtos da desinfec-o, o seu controle passou a ser muitomais difcil e oneroso.

A maximizao do aumento da re-moo de CONs durante o processo detratamento pode ser benfico no apenascom a finalidade de minimizao da for-mao de SPD, como tambm possibili-tar a reduo na demanda de cloro e dopotencial de crescimento de biofilmes nosistema de distribuio.

Esta maximizao da remoo deCONs pode ser conseguida mediante ocontrole do processo de coagulao pormeio de seu pH e dosagens adequadas decoagulante (Frederico et al, 1999;

Garzuzi et al, 1999). No entanto, h in-convenientes em aumentar a dosagem docoagulante em ETAs convencionais, po-dendo-se citar o aumento do volume delodo gerado, as instalaes para arma-zenamento de produtos qumicos podemno ser adequadas, a remoo de turbidezpode no ocorrer na mesma condio quepermita a otimizao da remoo deCONs e, finalmente, aumento do custototal de produtos qumicos empregadosna coagulao e ajuste final de pH.

Como a maior parte das estaespertencentes a sistemas de abastecimento

de gua localizados em regies metropo-litanas possuem como manancial reserva-

trios de acumulao que, muitas vezes,recebem uma elevada carga de nutrientesoriundos de lanamento de esgotos sani-trios em estado bruto, muitos destes apre-sentam elevado grau de eutrofizao, comsignificativos problemas de gosto e odore eventual presena de cianotoxinas.

Tradicionalmente, a melhor alterna-tiva para a remoo de compostos orgni-cos causadores de gosto e odor em guasde abastecimento tem sido a aplicao de

carvo ativado em p (CAP), podendoeste ser aplicado junto captao de guabruta ou juntamente com o coagulantena mistura rpida (Sontheimer et al,1988).

No entanto, uma vez que o proces-so de adsoro no seletivo na remoode compostos orgnicos presentes na faselquida, o CAP pode remover no somenteos compostos orgnicos causadores degosto e odor, como tambm os demaispresentes na fase lquida, notadamenteos CONs. Estes, ao serem adsorvidos pelo

CAP, reduzem a sua capacidade deadsoro, sendo necessrio aumentar adosagem de CAP a fim de que seja poss-vel atingir uma determinada eficincia deremoo.

Portanto, na eventualidade de umaETA necessitar efetuar a aplicao de CAPpara controle de gosto e odor, a otimizaona remoo de CONs pode ser altamentebenfica por permitir tambm a otimi-zao do processo de adsoro.

Observando-se a Figura 1, pode-senotar que, muitas vezes, os objetivos queuma ETA tem que atingir so conflitantes

entre si, no existindo necessariamenteuma condio tima de operao que

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Ferreira Filho, S. S. & Marchetto, M.


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maximize todos ao mesmo tempo. Parauma situao em que os objetivos a serematingidos sejam unicamente a otimizaode ambos os processos de remoo deturbidez e cor e desinfeco, as condiestimas de operao da ETA no soconflitantes e a otimizao do processode tratamento passa a ser relativamentesimples.

No entanto, com a crescente deman-da de objetivos a serem atingidos, muitasvezes a condio tima de remoo deturbidez no a mesma que permite amaximizao de CONs. Em sendo assim,sob certas condies de operao dos pro-cessos de pr-oxidao e desinfeco, podeocorrer sazonalmente a formao deTHMs em concentraes superiores aoPadro de Potabilidade vigente.

A eventual ocorrncia de gosto e odorresultante da presena de subprodutosmetablicos de algas e demais microrga-nismos na gua bruta pode demandar aaplicao de CAP e este pode ter a suaeficincia reduzida com respeito a remo-o de gosto e odor caso esteja tambmna presena de CONs.

Um dos melhores exemplos de si-tuao em que tais desafios so apresenta-dos na operao de ETAs a RegioMetropolitana de So Paulo (RMSP). Osistema produtor da RMSP compostopor oito estaes, sendo que seis destaspossuem como manancial reservatrios deacumulao com os mais diversos estadosde eutrofizao. Deste modo, a otimizaodos processos de tratamento de um pon-to de vista multi-objetivo faz-se necess-rio dado que as presses da opinio p-blica e ambientais tm sido cada vez maissignificativas e o Padro de Potabilidademais restritivos.

OBJETIVOS

Tendo em vista o exposto, o princi-

pal objetivo deste trabalho foi estudar aotimizao da ETA Rio Grande, localiza-da na RMSP, pertencente e operada pelaSABESP, tendo sido avaliados os proces-sos de coagulao qumica e adsoro emCAP. Os principais aspectos considera-dos foram, a saber:

Definio das condies timasde operao do processo de tratamentode gua (dosagem de coagulante e CAP)que tenha por objetivo a maximizao daremoo de turbidez, CONs e MIB.

Avaliao da influencia do pH e

da dosagem do coagulante na remoode compostos orgnicos naturais (CONs)e turbidez.

Otimizao do processo deadsoro em CAP na remoo de com-postos orgnicos causadores de gosto eodor (MIB) quando em presena deCONs.

MATERIAIS E MTODOS

Generalidades

A pesquisa foi desenvolvida empre-gando-se a gua bruta que abastece aoSistema Produtor Rio Grande, localizadoem So Bernardo do Campo, pertencen-te e operado pela SABESP. O SistemaProdutor Rio Grande entrou em opera-o em 1.958, com uma capacidade no-minal de 0,6 m3/s, com tratamento con-vencional. Em 1.968, o sistema foi am-

pliado com o objetivo de aumento dacapacidade de tratamento de 0,6 m3/spara 1,45 m3/s e, para tanto, foramconstrudas na estao novas unidades defloculao, decantao e filtrao, tendoa mesma, no final de sua ampliao, umtotal de 7 floculadores, 7 decantadores e14 filtros rpidos de areia.

Ao mesmo tempo em que diversasatividades foram desenvolvidas tendo porobjetivo principal propiciar o aumentoda capacidade de tratamento do SistemaProdutor Rio Grande, tambm foramimplementadas um conjunto de obrashidrulicas que permitiram a preservaoe melhoria da qualidade da gua na cap-tao de gua bruta. Dentre estas, ressal-tam-se as obras de fechamento do Braodo Rio Grande do Reservatrio Billings,isolando-se hidraulicamente ambos oscorpos dgua, o que permitiu umamelhoria significativa da qualidade dagua bruta captada pelo Sistema Produ-tor Rio Grande, uma vez tendo sido ate-nuada a influncia do bombeamento ereverso do Rio Pinheiros para o Reserva-trio Billings.

Os principais problemas de quali-dade da gua atualmente existentes noReservatrio do Rio Grande residem nofato de receber uma grande carga de es-gotos sanitrios sem tratamento proveni-ente da cidade de Ribeiro Pires, o quetem causado um aumento no grau deeutrofizao do corpo dgua. Este au-mento no grau de eutrofizao do Reser-vatrio do Rio Grande tem causado difi-culdades na operao da ETA devido aum aumento na concentrao de algas nagua bruta durante determinados pero-dos do ano, exigindo uma maior aplica-o de coagulante, dosagem de CAP paracontrole de gosto e odor e aumento das

dosagens de agente oxidante. Atualmen-te, a ETA trata uma vazo de 4,5 m3/s,sendo responsvel pelo abastecimento decerca de 8% da populao da RegioMetropolitana de So Paulo (RMSP), ten-do previso de ampliao para 8,0 m3/s.

Os ensaios foram realizados no La-boratrio da respectiva ETA, tendo-seexecutado ensaios de jarros com o prop-sito de definir as condies timas deoperao do processo de tratamento degua (dosagem de coagulante e CAP) quetenha por objetivo a maximizao da re-moo de turbidez, CONs e MIB. Comoparmetro empregado para avaliar a con-centrao de CONs na fase liquida, foiempregado o parmetro carbono orgni-co dissolvido (COD).

Os problemas de gosto e odor pre-

sentes na gua bruta que abastece a ETARio Grande so, principalmente, oriun-dos de subprodutos metablicos de algase demais microrganismos, pelo fato domanancial apresentar elevado grau deeutrofizao. Os compostos orgnicosMIB e Geosmina tem sido preponderan-temente os mais identificados e, pelo fatoda Geosmina ser de mais fcil remoopor processos de adsoro quando com-parado com o MIB, este foi o parmetrode avaliao empregado quando execu-tados os ensaios de adsoro em CAP(AWWARF, 2000).

Uma vez que, durante o perodo deinvestigao experimental, a gua brutautilizada nos ensaios experimentais po-deria no conter o composto MIB, estefoi adicionado mesma, de modo que asua concentrao na fase lquida situasseentre 200 ng/L a 400 ng/L, valores estesrepresentativos da gua bruta proveni-ente do manancial quando dos episdiosde gosto e odor mais significativos. Por-tanto, para cada ensaio executado era adi-cionada alquota de padro de MIB(Wako Chemicals), fim de conferir a gua

bruta a concentrao desejada.O CAP empregado na investiga-o experimental de origem nacio-nal (Brascarbo Agroindustrial Ltda CarboActiv K), de origem vegetal e apre-sentando nmero de iodo mnimo de600 mg/g. A justificativa para a sua esco-lha o fato de que o mesmo empregadorotineiramente na ETA Rio Grande paracontrole de gosto e odor.

Com o intuito de facilitar o enten-dimento dos procedimentos experimen-tais realizados, a Tabela 1 apresenta umresumo dos ensaios de adsoro realiza-dos, com anotaes das condies de cadaensaio, concentraes de MIB e COD.

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Otimizao multi-objetivo de estaes de tratamento de gua


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A Tabela 2 apresenta as caractersti-cas das guas brutas do Sistema ProdutorRio Grande (Represa Billings)referenteas diversas etapas da investigao experi-mental.

Procedimentosexperimentais

O procedimento experimental con-sistiu de ensaios dejar-test, em que foramvariadas as dosagens de coagulante e pHde coagulao. O coagulante empregadofoi o sulfato frrico comercial (Fe2(SO4)3),pelo fato deste ser empregado regularmen-te na ETA Rio Grande.

Os ensaios foram conduzidos comCAP previamente definido, com dosa-gem fixa de 30 mg/l, com adio 1 mi-

nuto antes do coagulante, estando a faselquida em agitao. Foi utilizado umpolmero como auxiliar de floculao, comdosagem igual a 0,02 mg/l, marca CIBAMagnafloc LT 20. A Figura 2 apresenta

um fluxograma com os ensaios experi-mentais conduzidos.

Inicialmente, a gua bruta era dispos-ta em uma caixa de cimento-amianto decapacidade igual a 50 litros. Procedia-seento a introduo de MIB na gua bru-ta com o auxilio de uma micro-seringa,a fim de obter concentrao inicialdo adsorvato na faixa de 200 ng/L a400 ng/L. A homogeneizao da guabruta e do adsorvato era efetuada com oauxilio de um agitador mecnico de altacapacidade com rotao igual a 300 rpm,para que os slidos em suspenso presen-te na gua bruta permanecessem na faselquida e fosse evitada a volatilizao deMIB para a fase gasosa.

Aps 10 minutos de homogenei-zao eram coletadas amostras de gua

bruta em duplicata para a determinaoda concentrao de MIB e COD, sendoposteriormente transferidos dois litros damesma para cada jarro do equipamentodejar-test. A soluo do coagulante era

preparada no incio de cada ensaio comconcentrao de 5 g Fe2(SO4)3/L.A rota-o do sistema de agitao para misturarpida foi mantida a um valor em tornode 300 rpm e a aplicao da suspensode CAP realizada simultaneamente emtodos os jarros.

Imediatamente aps a mistura rpi-da, reduzia-se a rotao do sistema de agita-o de modo a permitir a simulao do pro-cesso de floculao, tendo os mesmos gradi-entes de velocidade iguais a 70 s-1, 50 s-1e30 s-1e tempo total de 15 minutos. Estesvalores de gradientes de velocidade e tem-po de floculao foram adotados por ser osempregados na operao da ETA Rio Gran-de. Decorrido este tempo, desligava-se o sis-tema de agitao e aguardava-se a sedimen-tao dos flocos (2,7 minutos) para a cor-

respondente coleta de amostras de gua de-cantada representativa para as taxas de es-coamento superficial dos decantadores emoperao na respectiva ETA Rio Grande.(Di Bernardo et al, 2002).

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Tabela 1 - Ensaios realizados com gua bruta do Brao do Rio Grande(Reservatrio Billings) com adio de MIB

Tabela 2 - Caractersticas da gua bruta do sistema produtor Rio Grande(Represa Billings) referente as diversas etapas de pesquisa



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Para cada dosagem de coagulanterealizava-se um ensaio com 6 jarros, compH de coagulao variando entre 4,5 a10. A coleta de amostras era efetuada si-multaneamente em todos os jarros paradeterminao de pH e turbidez. Com opropsito de avaliar a eficincia da remo-o de CONs da gua bruta durante oprocesso de coagulao-floculao, no fi-nal de cada ensaio dejar-test, o jarro queapresentou a melhor remoo de turbidezera selecionado para determinao de

COD e MIB. Com o objetivo de evitarinterferncia de partculas coloidais e emsuspenso nas anlises de COD e MIB,as amostras eram previamente filtradas emmembrana filtrante 0,45mm.

Todas as anlises e determinaesreferidas foram realizadas utilizando-se osequipamentos localizados no laboratrioda ETA Rio Grande. As anlises de MIBforam efetuadas com cromatgrafo gaso-so associado a espectrofotmetro de mas-sa (CG-MS-PAT) pelo laboratrio deQumica Orgnica da Companhia deSaneamento Bsico do Estado de So Pau-

lo (TCCL-SABESP). As anlises de CODforam executadas no Laboratrio de An-lises Avanadas da Diviso de ControleSanitrio Centro (MCEC-SABESP) emequipamento SHIMATZU TOC5000A,de acordo com metodologia apresentadapor Garzuzi et al (1999).

APRESENTAO EANLISE DOSRESULTADOSEXPERIMENTAIS

As figuras 3 e 4 (Ensaio 1), 5 e 6(Ensaio 2) apresentam os resultados tpi-cos de turbidez da gua decantada obti-

da para os ensaios dejar-testexecutadoscom diferentes dosagens de coagulante,com e sem a presena de CAP.

Comparando-se os resultados deturbidez da gua decantada para os ensai-os executados com e sem a aplicao deCAP, pode-se observar que a diferena dosresultados entre si mnima, podendo afir-mar que no houve prejuzo qualidadeda gua decantada quando da aplicaode CAP para controle de gosto e odor.

Deve ser ressaltado que o CAP utili-

zado nos ensaios experimentais foi apli-cado 1 minuto antes da adio docoagulante, o que garantiu que as part-culas do material adsorvente tivessem sidocapturadas pelo hidrxido metlico pre-cipitado formado quando da adio docoagulante.

O ensaio 1 foi executado tendo agua bruta valores de turbidez da ordemde 2,0 UNT a 4,0 UNT, enquanto oensaio 2 foi conduzido com valores de1,3 UNT a 1,4 UNT. Comparando-se aFigura 3 (Ensaio 1 - 20 mg Fe2(SO4)3/L) ea Figura 5 (Ensaio 2 - 20 mg Fe2(SO4)3/L),

pode-se observar que os valores deturbidez da gua decantada variaram de1,0 UNT a 1,6 UNT para o Ensaio 1,enquanto para o Ensaio 2 os seus valoresficaram entre 0,5 UNT e 1,0 UNT.

Uma vez que o coagulante empre-gado na ETA Rio Grande um sal deferro, este pode ser empregado em umaampla faixa de pH, podendo-se variar de5,5 a 9,0. Em funo das condiesoperacionais da ETA e da qualidade dagua bruta, pode ser mais interessantedurantes certos perodos do ano operar o

processo de coagulao em uma faixa depH mais elevada (superior a 8,0), possi-bilitando assim a oxidao de ferro e

mangans que porventura estejam pre-sentes na gua bruta quando houver aocorrncia de perodos de estratificaotrmica no brao do Rio Grande (Reser-vatrio Billings).

Pode-se observar que, para valoresde pH de coagulao superiores a 8,0 noforam observados prejuzos na qualidadeda gua decantada, o que indica sua via-bilidade de adoo quando necessrio. Noentanto, caso seja necessrio buscar aotimizao de remoo de CONs junta-

mente com a remoo de turbidez, pode-se notar que para valores de pH de coa-gulao inferior a 5,8, h uma ligeira que-da na eficincia de remoo de turbidez,o que dever requerer uma maior dosa-gem de coagulante (Figuras 5 e 6).

A importncia do pH de coagula-o na remoo de COD pode ser obser-vada por intermdio das Figuras 7 e 8nas quais so apresentados os resultadosdos ensaios dejar-testconduzidos sem aaplicao de CAP para diferentes faixasde pH.

Analisando-se a Figura 7, pode-se

observar que os valores de remoo deCOD para os ensaios dejar-testconduzi-dos com valores de pH de coagulaoentre 8,0 e 9,0 situaram-se entre 15% e20%, valor este similar aos apresentadospor Frederico et al (1999). Tambm seobserva que, com o aumento da dosagemde coagulante, h um ligeiro acrscimona remoo de COD, embora este sejabastante reduzido.

Por sua vez, observando-se os valoresde remoo de COD para os ensaios decoagulao conduzidos em uma faixa de

pH entre 5,8 a 6,5 (Figura 8), pode-senotar um maior aumento da remoo deCOD, sendo este da ordem de 30% a 50%.

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Figura 2 - Fluxograma dos ensaios cinticos com aplicao de 30 mg/l de CAP e diferentesdosagens de Fe

2(SO

4)

3realizados em jar test


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Figura 4 Turbidez da gua decantada emfuno do pH de coagulao para ensaios

executados com e sem a aplicao

de CAP (Ensaio 1)

Figura 5 Turbidez da gua decantada em funo dopH de coagulao para ensaios executados com e sem

a aplicao de CAP. (Ensaio 2).

Figura 6 Turbidez da gua decantada em funodo pH de coagulao para ensaios executados com

e sem a aplicao de CAP. (Ensaio 2).

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Figura 7 Remoo de COD em funo da dosagemde coagulante para os ensaios conduzidos

sem a aplicao de CAP


sem a aplicao de CAP


Figura 3 Turbidez da gua decantada em funodo pH de coagulao para ensaios executados

com e sem a aplicao de CAP. (Ensaio 1)


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Nota-se que os maiores valores de remo-o de COD foram obtidos para do-sagens de coagulante em torno de40 mg Fe2(SO4)3/L a 50 mg Fe2(SO4)3/L,valores estes superiores aos requeridos paraa maximizao da remoo de turbidez.Os resultados confirmam os obtidos pordemais pesquisadores que observaram quea faixa de pH de coagulao que propor-ciona a maximizao da remoo de CODsitua-se entre 5 e 6,5 (Semmens et al,1980; Dempsey et al, 1984; Jacangeloet al, 1995).

Portanto, em funo da necessida-de da ETA maximizar a remoo deCOD com vistas a permitir a diminuioda formao de SPD, muito provavel-mente, a dosagem de coagulante a seraplicada no processo de tratamento ser

determinada pela necessidade de remo-o de COD e no pela reduo daturbidez da gua bruta.

Frequentemente, os CONs so de-nominados de substncias hmicas, po-dendo estes ser classificados de acordocom a sua solubilidade em meio cido oualcalino. As substncias hmicas so usu-almente divididas em duas grandes cate-gorias, a saber: cidos hmicos, sendo es-tes solveis em meio alcalino, mas insol-veis em meio cido, e cidos flvicos, so-lveis tanto em meio alcalino como emmeio cido (Montgomery, 2005). Em-bora os cidos hmicos e flvicos apre-sentem semelhanas estruturais, eles pos-suem grande diferena com relao a pe-sos moleculares, presena de grupos fun-cionais e proporo de carbono, oxignioe nitrognio.

Os cidos flvicos apresentam pe-sos moleculares da ordem de 200 a 1.000unidades de massa atmica, enquanto opeso molecular de determinados cidoshmicos pode chegar at 200.000 uni-dades de massa atmica. As diferenasentre ambas as fraes que compem os

ditos compostos hmicos que, como jmencionado, variam desde seus pesos etamanhos moleculares at a presena degrupos funcionais ionizveis, so de fun-damental importncia no que diz respei-to a sua estabilidade e reatividade em meioaquoso.

Conforme j salientado anteriormen-te, a anlise dos resultados permite inferirque para a gua bruta afluente a ETA RioGrande foram obtidos resultados satis-fatrios para a turbidez da gua decanta-da com sais de ferro para uma ampla faixade pH. As dosagens de coagulantes utili-zadas e a ampla faixa de variao do pH decoagulao, de 5,0 a 9,0, independente-

mente da magnitude da dosagem docoagulante empregado, sugerem que, deacordo com Di Bernardo (1993), o pro-cesso de coagulao ocorre, preferencial-mente, pelo mecanismo de varredura.Deste modo, a remoo de COD ocorrepor mecanismo de coprecipitao, em queos CONs so adsorvidos no hidrxidometlico formado quando da adio docoagulante e, de acordo com evidnciasexperimentais relatadas por diversos pes-quisadores, as fraes removidas commaior eficincia so as de maior pesomolecular (cidos hmicos) (AWWA,1999).

Portanto, em face da remoo dasmaiores fraes moleculares dos CONspor processos de coagulao qumica, atendncia que as menores permaneam

na fase lquida. Caso a ETA tenha a ne-cessidade de aplicar CAP para eventualcontrole de gosto e odor, dado que estasmenores fraes de CONs so mais sus-ceptveis de serem removidas por proces-sos de adsoro, espera-se que haja umareduo na remoo de COD. As Figuras9 e 10 apresentam os valores de remoode COD para os ensaios dejar-test con-duzidos com aplicao de CAP para dife-rentes faixas de pH.

Comparando-se as Figuras 7 e 9entre si, pode-se observar que a aplicaode CAP para os ensaios de coagulaoconduzidos com pH na faixa ente 8,0 e9,0 no propiciou um aumento na re-moo de COD da fase lquida, sendoque as eficincias de remoo situaram-sena faixa de 15% a 25%.

Do mesmo modo, comparando-seas Figuras 8 e 10, observa-se que tam-bm as faixas de remoo de COD dafase lquida para os ensaios dejar-testcon-duzidos com e sem CAP para uma faixade pH de coagulao entre 5,8 e 6,5 situ-aram-se entre 40% e 50%, no se tendoevidenciado nenhuma melhoria na efici-

ncia de remoo de COD mediante aaplicao de CAP na gua bruta.Ressalta-se, portanto, que a otimi-

zao da remoo de CONs foi muitomais dependente do pH de coagulaodo que a dosagem de coagulante. Em faceda grande diversidade dos CONs pre-sentes na fase lquida, tal concluso nopode ser generalizada, embora o mesmopadro de comportamento tenha sidoobservado para a gua bruta provenientedo Reservatrio do Guarapiranga e queabastece a ETA ABV, tambm localizadona RMSP (Frederico et al, 1999). Pode-se inferir que guas brutas provenientesde mananciais superficiais com elevado

grau de eutrofizao, formados por reser-vatrios de acumulao com elevado tem-po de deteno hidrulico, possam ter estepadro de comportamento no tocante aremoo de CONs pelo processo de coa-gulao.

Tradicionalmente, a aplicao deCAP no tratamento de guas de abasteci-mento tem por finalidade garantir a re-moo de compostos orgnicos sintticosde origem antrpica e de origem biolgi-ca causadores de gosto e odor, no sendoaplicado para a remoo de CONs pre-sentes na fase lquida, dado que as dosa-gens necessrias a serem aplicadas para quea sua remoo seja efetiva teriam que sermuito elevadas e proibitivas do ponto devista econmico.

Como a melhor alternativa para a

remoo de CONs no processo de trata-mento de gua ainda a otimizao doprocesso de coagulao, a aplicao doCAP passaria a ser otimizada com respei-to remoo de compostos orgnicos cau-sadores de gosto e odor.

Embora no se tenha evidenciadonenhuma melhoria na remoo de CODquando da aplicao de CAP, uma vezque o processo de adsoro no seletivono tocante a remoo de compostos org-nicos especficos, de se esperar uma re-duo na eficincia de remoo de MIBquando da presena de CONs pois en-quanto estes encontram-se presentes nafase lquida em concentraes da ordemde mg/L, aqueles encontram-se na faixade ng/L.

As figuras 11 e 12 apresentam osvalores de eficincia de remoo de MIBna gua bruta para os ensaios de coagula-o efetuados com aplicao de CAP ediferentes dosagens de coagulante parafaixas de pH de 8,0 a 9,0 e 5,8 a 6,5respectivamente.

Pode-se observar que, tanto para osensaios de coagulao conduzidos em fai-

xas de pH entre 8,0 a 9,0 e 5,8 a 6,5, aseficincias de remoo de MIB situaram-se na faixa de 50% a 60%, independen-temente da dosagem de coagulante e dopH de coagulao.

Uma vez que o tratamento conven-cional de guas de abastecimento nopossui a capacidade de remover compos-tos orgnicos de baixo peso molecular, ti-picamente caracterstico de molculas deMIB, no de se esperar que haja au-mento de eficincia de sua remoo como aumento da dosagem de coagulante.

No entanto, uma maior dosagem decoagulante aplicado poderia proporcionarum aumento na remoo de CONs e, deste

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modo, possibilitar uma maior eficinciana remoo de MIB. Como foi observa-do anteriormente que a influncia dadosagem de coagulante na remoo de

CONs muito menor do que quandocomparado com o pH de coagulao, afrao dos CONs passvel de serem re-movida pelo processo de coagulao ocor-re independentemente da dosagem decoagulante. Deste modo, os CONs resi-duais na fase lquida aps o processo decoagulao tendem praticamente mes-ma composio (concentrao e pesomolecular) e, assim sendo, sua influnciano processo de adsoro tende a ocorrerigualmente para guas brutas coaguladascom dosagens de coagulante de 10 mgFe

2

(SO4

)3

/L a 50 mg Fe2

(SO4

)3

/L.Conforme j comentado anterior-

mente, observa-se que, independente-

mente do pH de coagulao, tambm aseficincias de remoo de MIB por pro-cesso de adsoro foram bastante simila-res entre si. No entanto, observou-se que

na faixa de pH de coagulao de 5,8 a6,5 houve uma maior remoo de CODquando comparado com os valores obti-dos para a faixa de pH de coagulao de8,0 a 9,0. Como as eficincias de remo-o de MIB foram bastante semelhantesentre si, pode-se afirmar que as fraesdos CONs que porventura foram adsor-vidos pelo CAP e que poderiam compe-tir pelos mesmos stios de adsoro comas molculas de MIB no foram removi-das pelo processo de coagulao.

Uma vez que as menores fraes dosCONs so removidos de modo mais efi-ciente por processos de adsoro e suasmaiores fraes removidas por processos

de coagulao, observa-se que, especifi-camente para a gua bruta em questo, aotimizao dos processos de remoo deCOD por processos de coagulao e MIB

por processos de adsoro no so com-petitivos entre si, ou seja, possvel aotimizao do processo de adsoro semque seja sacrificada a otimizao da remo-o de COD pelo processo de coagulaoqumica.

Um aspecto interessante a ser ob-servado que os resultados de eficinciade remoo de MIB por adsoro em CAPobtidos para a gua bruta provenientedo Reservatrio Billings foram relativa-mente menores quando comparados comos obtidos para a gua bruta do Reserva-trio Guarapiranga quando da condu-o de ensaios de adsoro sob as mesmascondies de tipo e dosagem de CAP e

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Figura 12 Remoo de MIB em funo da dosagemde coagulante para os ensaios conduzidos com a

aplicao de CAP

Figura 11 Remoo de MIB em funo dadosagem de coagulante para os ensaios conduzidos

com a aplicao de CAP







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tempo de contato (Ferreira Filho et al,2003).

Enquanto para a gua bruta prove-niente do Reservatrio do Guarapirangaforam obtidos valores de remoo de MIBda ordem de 90% para dosagens de CAPda ordem de 30 mg/L, as eficincias deremoo de MIB para a gua bruta doReservatrio Billings no foram superio-res a 60%, o que evidencia a diferenaentre a natureza dos CONs que possamestar presentes em ambas as guas brutas.Essa diversidade de caractersticas dosCONs (peso molecular, grupos funcio-nais, estrutura qumica, etc...), por tereminfluncia direta nos processos de coagu-lao qumica e adsoro, precisaria sermelhor estudada e explorada quando daconcepo, projeto e operao de futuras

estaes, pelo fato de constiturem-se emdesafios na produo de gua tratada, afim de que a mesma venha a atender pa-dres de potabilidade mais restritivos queporventura sejam adotados no futuro.

CONCLUSES ERECOMENDAESFINAIS

Com base no exposto e em funodos resultados experimentais obtidos,pode-se concluir que:

Com respeito remoo deturbidez da gua bruta, observou-se quea aplicao de CAP para controle de gos-to e odor no apresentou prejuzo qua-lidade da gua decantada, tendo sidopossvel atingir valores satisfatrios deturbidez para uma ampla faixa de pH(5,8 a 9,0).

A maior eficincia de remoo deCOD foi obtida para os ensaios de coagula-o conduzidos em uma faixa de pH entre5,8 a 6,5, tendo sido esta da ordem de 30%a 50%. Por sua vez, para o pH de coagula-o entre 8,0 e 9,0 obteve-se uma remoo

de COD na faixa de 15% e 20%.Os maiores valores de remoo de

COD foram obtidos para dosagens decoagulante em torno de 30 mg Fe2(SO4)3/La 50 mg Fe2(SO4)3/L, valores estes supe-riores aos requeridos para a maximi za-o da remoo de turbidez. Portanto, emfuno da necessidade da ETA demaximizar a remoo de COD com vis-tas a permitir a diminuio da for-mao de SPD, muito provavelmente,a dosagem de coagulante a ser aplicadano processo de tratamento ser determi-

nada pela necessidade de remoo deCOD e no pela reduo da turbidez dagua bruta.

A aplicao de CAP para fins decontrole de gosto e odor os ensaios decoagulao conduzidos com pH na faixade 8,0 a 9,0 e 5,8 a 6,5 no propicioumelhoria na remoo de COD da faselquida.

Com respeito remoo de MIB,para uma dosagem de CAP aplicada nagua bruta de 30 mg/L, as suas eficinci-as de remoo situaram-se na faixa de 50%a 60%, independentemente da dosagemde coagulante e do pH de coagulao.

Assim sendo, a operao do pro-cesso de coagulao na faixa de pH entre5,8 e 6,5 permitiu, no somente aotimizao do processo de coagulao naremoo de turbidez, mas tambm a re-moo de COD e, dado que a remoode MIB apresentou-se ser independentedo pH, os objetivos de otimizao daETA Rio Grande mostraram-se ser vi-veis tecnicamente.

AGRADECIMENTOS

A FAPESP (Fundao de Amparoa Pesquisa do Estado de So Paulo) pelosuporte financeiro concedido (Bolsa dePs-Doutoramento 2003/00536-6).

A SABESP, por permitir a realizaoda pesquisa nas dependncias do Labora-trio da Estao de Tratamento de gua do

Rio Grande e pelas anlises de MIB e COD.

REFERNCIAS

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Endereo para correspondncia:

Sidney Seckler Ferreira FilhoDepartamento de EngenhariaHidrulica e SanitriaEscola Politcnica da Universidadede So PauloAv. Prof. Almeida Prado, trav. 2,n.271 - Prdio de Engenharia CivilCidade Universitria05508-900 So Paulo - SP - Brasil

Tel.: (11) 3091-5220/3091-5444Fax: (11) 3091-5423E-mail: [email protected]


FERREIRA FILHO S S e MARCHETTO M - Otimização Multi-objetivo de Estações de Tratamento de Águas...

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