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ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO POR FLOTAÇÃO

Área temática: Gestão Ambiental & Sustentabilidade

João Batista Christófori

[email protected]

Patrycia Pansini de Oliveira

[email protected]

Resumo: The anaerobic reactors tipe UASB became used in Paraná and in Brazil been used in an extensive way in

the sewers treatment for populations from 200 to 600.000 in habitants. The powder-treatment of coming effluents of

anaerobic reactors is being studied in facilities pilot and even in read scale, by an argument among Sanepar and to

PUC-PR, it is looked for to assist to the Brazilian legislation law n. 9605, of February 12, 1998 – law of environmental

crimes, decry n. 3179, of September 21, 1999. For the release of effluents in the bodies of receiving water, whose

patterns are not totally assisted by the reactors tippe UASB. This work was based in ETE of Cambuí (Campo Largo –

PR), installations that uses the system RALF + FAD, Built by Sanepar, for a flow of 360m³/h.

Palavras-chaves: Coagulation: Sewage, FAD, Post- treatment, Ralf reactor.

ISSN 1984-9354

XI CONGRESSO NACIONAL DE EXCELÊNCIA EM GESTÃO 13 e 14 de agosto de 2015

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1. INTRODUÇÃO

A flotação é uma operação unitária utilizada para separar partículas líquidas ou

sólidas da fase líquida (ANDREOLI, VON SPERLING, FERNANDES, 2001). A

separação é obtida introduzindo-se bolhas finas de ar na fase líquida, provocando a

ascensão de partículas para a superfície, mesmo as que têm maior densidade que o líquido

(BRATBY, 1999). Uma vez na superfície, podem ser coletadas e removidas por

escumadeiras. No sistema de flotação por ar dissolvido - FAD, o ar é dissolvido no esgoto,

sob pressão de algumas atmosferas, seguido pela liberação à pressão atmosférica (REALI,

PENETRA, CARVALHO, 2000).

Este trabalho visa apresentar um estudo sobre o sistema de tratamento de esgoto

sanitário pelo tipo flotação por ar dissolvido, isto é, por injeção de ar dissolvido nos

tanques de armazenamento do esgoto bruto.

Os esgotos são transportados para a estação através de um sistema de esgotamento constituído por interceptores, sifões e

emissários (AISSE et al. , 2001).

Há grandes vantagens dentro dos parâmetros de fatores econômicos como: baixo

custo de implantação, elevada sustentabilidade do sistema, simplicidade operacional, baixo

custo operacional, adequada eficiência na remoção das diversas categorias de poluentes

organicos, pouco problema com disposição do lodo gerado, flexibilidade em relação às

expansões futuras, fluxograma simplificado e elevada vida útil (DT ENGENHARIA,

2002).

Metodologia

Os dados necessários para o levantamento do estudo, para a avaliação de

desempenho do sistema de flotação por ar dissolvido - FAD -, foram disponibilizados pela

Petrobrás - Reduque/ RJ, onde foram realizados levantamentos de elementos importantes


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no estudo de uma estação de tratamento de esgoto pelo sistema de flotação por ar

dissolvido.

RESULTADOS E DISCURSÕES

A flotação é uma operação unitária utilizada para separar partículas líquidas ou

sólidas da fase líquida (AYOUB, 2006). A separação é obtida introduzindo-se bolhas finas

de ar na fase líquida, provocando ascensão de partículas para a superfície, mesmo as que

têm densidade maior do que o líquido. Uma vez na superfície podem ser coletadas e

removidas por escumadeiras (DI BERNARDO et. al., 1982).

No sistema de flotação por ar dissolvido - FAD, o ar é dissolvido no esgoto sob

pressão de algumas atmosferas (ATM), seguido pela liberação à pressão atmosférica

(SILVA, 2001). Em unidades de certo porte, uma porção do efluente do flotador, (15 a

120%) é recirculada, pressurizada e semi - saturada com ar. Esta porção é então misturada

com o efluente, antes de sua admissão ao tanque de flotação e o ar libera-se da solução,

quando em contato com o material particulado, na entrada do tanque (JÜRGENSEN et. al.,

2001).

Segundo Reali (REALI, PENETRA, CARVALHO, 2000), as primeiras experiências

de aplicação da flotação foram iniciadas em 1907 na área de processamento de minérios,

passando, por volta de 1920, a ser empregada também na indústria de papel e celulose.

Posteriormente, após a segunda guerra mundial, com o desenvolvimento industrial, a

aplicação da flotação foi ampliada para a recuperação de óleos e gorduras na indústria

petroquímica e de óleos vegetais (SUDECAP, 2002). Nas últimas décadas a flotação tem

sido aplicada com sucesso na área industrial (refinarias, curtumes, mecânicas, papel e

celulose, etc.), no tratamento de água para abastecimento e no tratamento do lodo, e como

tem sido demonstrado em vários casos, é o mais econômico meio de separação de sólido-

líquido para uma larga faixa de aplicações (SILVA, 2001) .


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Ainda no campo industrial a FAD vem sendo usada como pré-tratamento de

efluentes de indústrias com grande concentração de substâncias insolúveis como gorduras,

óleos e graxas (AYOUB, 2006).

No tratamento de águas para abastecimento, a FAD vem sendo utilizada

principalmente como uma alternativa ao processo convencional de sedimentação, nos

casos em que os mananciais de captação são ricos em nutrientes orgânicos ou possuem

concentrações elevadas de algas cianofíceas (cianobactérias), e, ainda, para as águas com

baixa turbidez, baixa alcalinidade e cor elevada, pois águas com essas características são

difíceis de serem tratadas com a decantação, devido às baixas velocidades de sedimentação

dos flocos formados (DI BERNARDO et. al., 1982).

Uma das modalidades mais comuns de uso da FAD para tratamento de água para

consumo humano é a sua conjugação com a filtração, denominada “flotofiltração”

(ANDREOLI., VON SPERLING, FERNANDES, 2001). A principal vantagem dessa

conjugação está na possibilidade de concepção de uma ETA (estação de tratamento de

água) extremamente compacta, embora a taxa de aplicação superficial da flotação fique

condicionada pela capacidade do filtro rápido associado, ou seja, pela taxa de filtração

(AYOUB, 2006).

No Brasil, ainda são poucas as estações de tratamento de água que utilizam a FAD,

merecendo destaque a estação da cidade de Manaus implantada em 2001 com capacidade

para uma vazão de cerca de 6,0 m3 /s, que trata as águas escuras do Rio Negro, onde a

flotação foi considerada a melhor alternativa sob o ponto de vista técnico e econômico para

a remoção da cor (AISSE et. al., 2001).

A flotação como pós-tratamento de efluentes anaeróbios

Com o desenvolvimento das pesquisas, os parâmetros para o processo de flotação a

ar dissolvido vêm sendo consolidados, tornando esse processo ambientalmente confiável e

técnico-economicamente viável, se comparado com outras alternativas de separação de


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Programa de Pós-graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos da

UFMG 8 sólidos e líquidos, e largamente empregado em vários campos do tratamento de

águas e de efluentes em todo o mundo (PENETRA, 1998).

Os princípios básicos de funcionamento do processo de flotação a ar dissolvido,

embora simples, pois se resumem no contato das partículas sólidas com as bolhas de ar

dissolvidas no líquido e no seu conseqüente arraste para a superfície do líquido, dependem

de um cuidadoso controle dos parâmetros de projeto, determinados em função das

características do afluente a ser tratado (SUDECAP, 2002).

Dentre esses parâmetros destacam-se a taxa de aplicação superficial de flotação, o

tempo de detenção no tanque de flotação, o tamanho das bolhas, a taxa de recirculação do

líquido pressurizado com ar, a pressão na câmara de saturação e, conseqüentemente, a

quantidade de ar fornecida em relação à massa de sólidos em suspensão no líquido

(REALI, PENETRA, CARVALHO, 2000). Ainda assim, como a flotação é sempre

precedida da etapa de coagulação-floculação, os parâmetros dessa fase também devem ser

cuidadosamente controlados, com destaque para o pH, gradiente de velocidade, tempo de

detenção e, ainda, as dosagens de coagulantes (DI BERNARDO et. al., 1982).

Dentre os fatores que podem auxiliar o processo de flotação estão a otimização da

coagulação, a adequação do tempo e do grau de agitação da floculação e a quantidade de ar

na água pressurizada, cujo valor deve levar em consideração a concentração de sólidos na

água bruta (VON SPERLING, 2005).

JÜRGENSEN e RICHTER (2001), estudaram a coagulação e flotação como pós-

tratamento de efluentes de reatores tipo Uasb. Segundo os autores, procurou-se aproveitar

as características favoráveis à coagulação química que apresenta o efluente dos reatores de

digestão anaeróbia (JÜRGENSEN et. al., 2001). Essas características incluem

concentração de sólidos totais suficientemente baixas, pH entre 6,5 e 7,5 e alcalinidade

suficiente para as reações com coagulantes metálicos (sulfato de alumínio, cloreto férrico,

etc.) (JÜRGENSEN et. al., 2001).


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No tratamento de água a finalidade da coagulação e floculação é transformar

impurezas que se encontram em suspensão fina, em estado coloidal ou em solução,

bactérias, protozoários, e/ ou plâncton, em partículas maiores (flocos) para que possam ser

removidas por sedimentação e/ou filtração ou, em alguns casos, por flotação (DT

ENGENHARIA, 2002).

Este mesmo conceito pode também ser aplicado no tratamento de esgotos sanitários.

Tratamento

A Estação de Flotação e Remoção de Flutuantes baseiam-se numa tecnologia de

tratamento não convencional, que aplica de forma direta, seqüencial e em fluxo as técnicas

de floculação (AYOUB, 2006).

O sistema de tratamento constitui tecnologia 100% nacional de aplicação inédita e

inusitada em escala mundial (AISSE et. al., 2001). Este tratamento tem apresentado uma

alta eficiência na remoção de poluentes, através da redução da concentração de substâncias

e bactérias como: os coliformes fecais, que apresentam reduções médias de 99,9%; o

Fosfato, com reduções médias de 98%; e os Sólidos Suspensos, com redução de 94%

(BRATBY, 1999). A redução dessas substâncias reflete-se em parâmetros visualmente

perceptíveis de melhoria da qualidade como a Cor e a Turbidez, que chegam a apresentar

reduções superiores a 95% em relação às águas que entram nas unidades de tratamento (DI

BERNARDO et. al., 1982).

Outro importante indicador de melhoria da qualidade das águas observado com a

aplicação do processo de flotação em fluxo é o incremento na concentração de oxigênio

dissolvido (OD) no efluente pós-tratamento. Como regra geral, a concentração de OD em


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corpos hídricos é um indicador representativo do grau de poluição relacionado à

quantidade de matéria orgânico presente (JÜRGENSEN et. al., 2001).

Remoção de nutrientes de efluentes de reator anaeróbico utilizando

processo microaeróbio seguidos de flotação por ar dissolvido

A realização da pesquisa relativa a floculação - flotação por ar dissolvido aplicada ao

pós tratamento de reatores anaeróbios- em escala real, está sendo cumprido já em algumas

estações de tratamento de esgoto (E.T.E) no País (SILVA, 2001). No processo de

coagulação química, o coagulante metálico (cloreto férrico) hidrolisável é aplicado ao

efluente do reator UASB, em uma câmara de mistura rápida. Em seguida o esgoto é

enviado ao floculador e posteriormente ao flotador (VON SPERLING, 2005). No tanque

de flotação o efluente floculado é misturado à água clarificada e supersaturado de ar

(pressão 4 a 6 BAR). Ao ser exposta à pressão atmosférica, a água libera o ar

(ANDREOLI, VON SPERLING, FERNANDES, 2001).

O efluente deverá ser de excelente qualidade, inclusive pela desinfecção final com

dióxido de cloro (AISSE et. al., 2001).

A seguir são descritos os parâmetros do dimensionamento hidráulico - sanitário dos

principais reatores integrantes da ETE:

Reator Ralf: volume total de 4000 m3, altura total de 6 m, TDH de 11,1 horas, vazão

de 360m³/h (100 l/s) e número de unidades de 2 em paralelo;

Misturador Rápido: volume total de 1,2 m3, cloreto férrico (30 a 90 mg/l) como

produto químico, Gm>700s-1 (mecanizado) e TDH de 12 s;


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Floculador: volume total de 60 m3, gradiente (Gf) com os valores de 90, 60 e 30 s-1

(mecanizado) e número de unidades de 3 em série, TDH de 10 minutos;

Flotador (FAD): área total de 46 m2, taxa de escoamento superficial de 7,8 m³/m². h,

velocidade ascensional de 7,8 m/h (13 cm/min), taxa de recirculação de 10% (Qrec/Q),

raspador de lodo superficial mecanizado, tanque de água para saturação com pressão de 5

BAR (anéis de PVC) e numero de unidades de 02 em paralelo (VON SPERLING, 2005).

Acredita-se que o sistema, obtém condições satisfatórias de nitrificação e

desnitrificação na mesma unidade, mediante, principalmente, o controle adequado do teor

de OD no interior do reator e a promoção de aeração intermitente (AYOUB, 2006).

Seqüencialmente, com a passagem por uma unidade de flotação, responsável pela

separação de sólidos suspensos, é possível a obtenção de efluente clarificado com elevado

grau de tratamento quanto a remoção de matéria orgânica e de nutrientes (Nitrogênio e

Fósforo) (REALI, PENETRA, CARVALHO, 2000).

Estudos recentes têm demonstrado que a técnica de flotação por ar dissolvido (FAD

– Flotação por Ar Dissolvido) constitui alternativa para o tratamento complementar do

efluente dos reatores anaeróbios alimentados com esgoto sanitário (ANDREOLI, VON

SPERLING, FERNANDES, 2001). A EESC (Escola de Engenharia de São Carlos), está

estudando os principais parâmetros relacionados à coagulação química e á floculação

visando a maximização da eficiência do tratamento e a minimização da geração de lodo

(PENETRA, 1998). A realização do presente trabalho pode fornecer subsídios valiosos

para o projeto e operação de sistemas de tratamento de esgotos sanitários contendo reatores

anaeróbios seguidos de unidades de flotação por ar dissolvido (SILVA, 2001).

A Escola de Engenharia de São Carlos – EESC/USP, desenvolveu vários estudos

referentes à Flotação de efluentes anaeróbios, em escala de laboratório, utilizando

equipamento (flotateste), desenvolvido por Reali (REALI, PENETRA, CARVALHO,

2000), Santos e Penetra et al.(1998) citam os resultados e conclusões de investigação

realizada visando estudar o efeito da dosagem de cloreto férrico e da variação de pH na


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eficiência de um equipamento de flotação, em escala de laboratório, alimentado com

efluente de reator UASB, tratando esgoto doméstico (PENETRA, 1998), (REALI,

PENETRA, CARVALHO, 2000). O tempo de detenção hidráulica no reator UASB era de

8 horas (PENETRA, 1998), (REALI, PENETRA, CARVALHO, 2000). Os ensaios foram

conduzidos com variação da dosagem do cloreto férrico de 30 a 110 mg/L, e da variação

do pH de 5,1 a 7,6 com a aplicação de cal. O tempo de floculação (60 minutos), o gradiente

de velocidade (60s-1), a pressão de saturação (450 kPa) e a fração de recirculação (20%)

foram mantidos constantes ao longo dos ensaios (PENETRA, 1998), (REALI, PENETRA,

CARVALHO, 2000). A velocidade de flotação foi feita variar entre 5 a 25 cm/min 8

(REALI, PENETRA, CARVALHO, 2000).Os melhores resultados na remoção da DQO

(91%) foram obtidos com dosagem de 65 mg/L de cloreto férrico e pH de 5,3 (PENETRA,

1998), (REALI, PENETRA, CARVALHO, 2000).

Nesta dosagem a remoção de fosfato total, SST, turbidez e cor foram de 95%, 95%,

97% e 92% respectivamente (PENETRA, 1998), (REALI, PENETRA, CARVALHO,

2000). A dosagem citada foi também a menor que permitiu uma aparente estabilidade do

sistema de flotação para diferentes velocidades de flotação (PENETRA, 1998), (REALI,

PENETRA, CARVALHO, 2000). Maiores dosagens podem aparentemente não significar

aumento na remoção da turbidez a ponto de justificar custos adicionais associados a

aquisição de produtos químicos e a disposição do excesso de lodo (PENETRA, 1998),

(REALI, PENETRA, CARVALHO, 2000).

Segundo Reali (REALI, PENETRA, CARVALHO, 2000), as primeiras experiências

de aplicação da flotação foram iniciadas em 1907 na área de processamento de minérios,

passando, por volta de 1920, a ser empregada também na indústria de papel e celulose

(REALI, PENETRA, CARVALHO, 2000). Posteriormente, após a segunda guerra

mundial, com o desenvolvimento industrial, a aplicação da flotação foi ampliada para a

recuperação de óleos e gorduras na indústria petroquímica e de óleos vegetais (REALI,

PENETRA, CARVALHO, 2000). Nas últimas décadas a flotação tem sido aplicada com

sucesso na área industrial (refinarias, curtumes, mecânicas, papel e celulose, etc.), no

tratamento de água para abastecimento e no tratamento do lodo, e como tem sido


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demonstrado em vários casos, é o mais econômico meio de separação de sólido-líquido

para uma larga faixa de aplicações (REALI, PENETRA, CARVALHO, 2000).

Considerações Finais

O sistema de tratamento de esgoto sanitário pelo tipo flotação por ar dissolvido, tem

sido vantajoso por ser tratar de investimento relativamente baixo quanto à relação custo

beneficio e na aplicabilidade da tecnologia para o tratamento de esgoto doméstico.

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