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Eng. sanit. ambient. 7 Vol.11 - Nº 1 - jan/mar 2006, 7-15

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RESUMO

Normalmente, as estações de tratamento de água (ETA’s) temobjetivado à otimização de remoção de turbidez, cor aparente,bem como a produção de uma água segura do ponto de vistamicrobiológico. No entanto, em face de novos desafios técnicos,os objetivos a serem atingidos tem sido mais abrangentes. Destemodo, este trabalho teve por propósito estudar a otimização daETA Rio Grande, definindo as suas condições de operação quetenha por objetivo a maximização da remoção de turbidez, com-postos orgânicos naturais (CONs) e gosto e odor. Concluiu-seque a coagulação operada na faixa de pH entre 5,8 e 6,5 permitetanto a otimização da remoção de turbidez, mas também deCONs. A remoção de gosto e odor por adsorção apresentou-seser independente do pH e, assim sendo, os objetivos de otimizaçãoda operação da ETA Rio Grande mostraram-se viáveis tecnica-mente.

PALAVRAS-CHAVE: Tratamento de água, adsorção, remoçãode cor e turbidez, carvão ativado, gosto e odor.

ABSTRACT

Traditionally, the design of conventional water treatment plants(WTP’s) 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 withrespect 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.

INTRODUÇÃO

Tradicionalmente, o projeto de es-tações de tratamento de água convencio-nais para o tratamento de águas de abas-tecimento tem considerado como princi-pais objetivos a otimização dos proces-sos de remoção de material particulado ecor aparente, bem como a produção deuma água segura do ponto de vistamicrobiológico e químico.

No entanto, devido à escassez deágua em regiões metropolitanas e, associ-ado ao fato de que a maior parte dos ma-nanciais utilizados para abastecimentopúblico de sistemas de grande porte temcomo origem reservatórios de acumula-ção que se encontram em elevado estado

de eutrofização, a dimensão dos proble-mas e desafios a serem enfrentados atual-mente pelos profissionais do setor é signi-ficativa, especialmente para estações detratamento de água (ETA’s) já existentese que encontram dificuldades na incor-poração de processos e operações unitári-as adicionais.

A Figura 1 apresenta uma visãomulti-objetivo de uma estação de trata-mento de água, considerando alguns dosproblemas ambientais mais significativosa serem defrontados quando do seu pro-jeto e operação.

Do ponto de vista prático, uma dasprimeiras etapas do projeto de um siste-ma de abastecimento de água é a seleçãodo manancial que, preferencialmente,

deve atender a critérios de quantidade equalidade mínimas requeridas quando desua utilização para fins de potabilização.Com respeito ao aspecto qualitativo, his-toricamente, os mananciais empregadospara abastecimento público sempre fo-ram escolhidos de modo a possibilitar queas ETA’s fossem do tipo convencionaisou uma variante desta (filtração em linhaou filtração direta).

Assim sendo, os seus principais ob-jetivos a serem atendidos era a produ-ção de água potável no tocante ao Padrãode Potabilidade para cor e turbidez eque fosse segura do ponto de vista micro-bioológico e químico. Como a grandemaioria dos sistemas de abastecimento noBrasil possui mais de 30 anos de vida útil

OTIMIZAÇÃO MULTI-OBJETIVO DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO

DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO: REMOÇÃO DE TURBIDEZ,CARBONO ORGÂNICO TOTAL E GOSTO E ODOR

MULTI-OBJECTIVE OPTIMIZATION OF WATER TREATMENT PLANTS: TURBIDITY,TOTAL ORGANIC CARBON AND TASTE & ODOR REMOVAL

SIDNEY SECKLER FERREIRA FILHO

Engenheiro Civil pela EPUSP. Mestre e Doutor em Engenharia Civil pela EPUSP. Professor Associado do Departamento deEngenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo

MARGARIDA MARCHETTO

Pesquisadora Pós-Doutoranda do Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da Universidadede São Paulo em regime de dedicação integral a docência e a pesquisa

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


e tendo sido este o principal delineadorna concepção das estações, a maior partedestas atualmente em operação é do tipoconvencional.

No entanto, no ano de 1974, al-guns pesquisadores descobriram que areação do cloro com determinados com-postos orgânicos naturais (CONs) po-deria formar compostos orgânicos halo-genados (Rook, 1976; Bellar et al, 1976).Dentre estes, os que estão presentesem maiores concentrações em águas deabastecimento, quando submetida aoprocesso de desinfecção com o clo-ro, são os compostos classificadoscomo trihalometanos (clorofórmio,bromofórmio, diclobromometano,dibromo-clorometano) e os ácidoshaloacéticos (ácido monocloroacéti-co, dicloroacético, tricloroacético,monobromoacético e dibromoacético).

Tendo por propósito reduzir a for-mação de trihalometanos (THMs) e áci-dos haloacéticos (AHAs) em águas deabastecimento, podem ser identificadastrês linhas de atuação, a saber (Singer,1994):

• Remoção dos compostos orgâni-cos precursores de subprodutos da de-sinfecção em águas de abastecimento.

• Alteração do ponto de aplicaçãodo agente desinfetante, mudança doagente desinfetante ou uma combinaçãode ambos.

• Remoção dos compostos orgâni-cos halogenados totais, uma vez forma-dos durante o processo de desinfecção.

Em face dos novos desafios impos-tos no tocante à minimização da forma-ção de subprodutos da desinfecção(SPD), diferentes técnicas têm sido em-pregadas para tal, sobressaindo-se a maxi-mização de remoção de CONs pelo pro-cesso de coagulação, por ser esta uma ope-ração unitária já integrante de ETA’s con-vencionais e suas variantes, bem como autilização de agentes oxidantes alterna-tivos.

A partir de então, a operação dosprocessos unitários componentes do tra-tamento convencional de águas de abas-tecimento passou a ter de contemplar, nãoapenas a produção e fornecimento de águacom padrões estéticos adequados e isentade microrganismos patogênicos, comotambém tendo que minimizar a forma-ção de compostos orgânicos sub-produ-tos da desinfecção.

Historicamente, até 1974, o con-trole da concentração de CONs em águasde abastecimento teve sempre por pro-

Figura 1 – Funções multi-objetivos envolvidos no projeto e operação deuma estação de tratamento de água

pósito reduzir a cor real visando a produ-ção de uma água final esteticamente ade-quada para fins de consumo. Dado queas águas naturais podem conter significa-tivas concentrações de CONs que nãotenham a propriedade de transmitir luzvisível e que, consequentemente, não pro-porcionam cor real, mas que possam serprecursores de sub-produtos da desinfec-ção, o seu controle passou a ser muitomais difícil e oneroso.

A maximização do aumento da re-moção de CONs durante o processo detratamento pode ser benéfico não apenascom a finalidade de minimização da for-mação de SPD, como também possibili-tar a redução na demanda de cloro e dopotencial de crescimento de biofilmes nosistema de distribuição.

Esta maximização da remoção deCONs pode ser conseguida mediante ocontrole do processo de coagulação pormeio de seu pH e dosagens adequadas decoagulante (Frederico et al, 1999;Garzuzi et al, 1999). No entanto, há in-convenientes em aumentar a dosagem docoagulante em ETA’s convencionais, po-dendo-se citar o aumento do volume delodo gerado, as instalações para arma-zenamento de produtos químicos podemnão ser adequadas, a remoção de turbidezpode não ocorrer na mesma condição quepermita a otimização da remoção deCONs e, finalmente, aumento do custototal de produtos químicos empregadosna coagulação e ajuste final de pH.

Como a maior parte das estaçõespertencentes a sistemas de abastecimentode água localizados em regiões metropo-litanas possuem como manancial reserva-

tórios de acumulação que, muitas vezes,recebem uma elevada carga de nutrientesoriundos de lançamento de esgotos sani-tários em estado bruto, muitos destes apre-sentam elevado grau de eutrofização, comsignificativos problemas de gosto e odore eventual presença de cianotoxinas.

Tradicionalmente, a melhor alterna-tiva para a remoção de compostos orgâni-cos causadores de gosto e odor em águasde abastecimento tem sido a aplicação decarvão ativado em pó (CAP), podendoeste ser aplicado junto à captação de águabruta ou juntamente com o coagulantena mistura rápida (Sontheimer et al,1988).

No entanto, uma vez que o proces-so de adsorção não é seletivo na remoçãode compostos orgânicos presentes na faselíquida, o CAP pode remover não somenteos compostos orgânicos causadores degosto e odor, como também os demaispresentes na fase líquida, notadamenteos CONs. Estes, ao serem adsorvidos peloCAP, reduzem a sua capacidade deadsorção, sendo necessário aumentar adosagem de CAP a fim de que seja possí-vel atingir uma determinada eficiência deremoção.

Portanto, na eventualidade de umaETA necessitar efetuar a aplicação de CAPpara controle de gosto e odor, a otimizaçãona remoção de CONs pode ser altamentebenéfica por permitir também a otimi-zação do processo de adsorção.

Observando-se a Figura 1, pode-senotar que, muitas vezes, os objetivos queuma ETA tem que atingir são conflitantesentre si, não existindo necessariamenteuma condição ótima de operação que

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AFerreira Filho, S. S. & Marchetto, M.


maximize todos ao mesmo tempo. Parauma situação em que os objetivos a serematingidos sejam unicamente a otimizaçãode ambos os processos de remoção deturbidez e cor e desinfecção, as condiçõesótimas de operação da ETA não sãoconflitantes e a otimização do processode tratamento passa a ser relativamentesimples.

No entanto, com a crescente deman-da de objetivos a serem atingidos, muitasvezes a condição ótima de remoção deturbidez não é a mesma que permite amaximização de CONs. Em sendo assim,sob certas condições de operação dos pro-cessos de pré-oxidação e desinfecção, podeocorrer sazonalmente a formação deTHMs em concentrações superiores aoPadrão de Potabilidade vigente.

A eventual ocorrência de gosto e odorresultante da presença de subprodutosmetabólicos de algas e demais microrga-nismos na água bruta pode demandar aaplicação de CAP e este pode ter a suaeficiência reduzida com respeito a remo-ção de gosto e odor caso esteja tambémna presença de CONs.

Um dos melhores exemplos de si-tuação em que tais desafios são apresenta-dos na operação de ETA’s é a RegiãoMetropolitana de São Paulo (RMSP). Osistema produtor da RMSP é compostopor oito estações, sendo que seis destaspossuem como manancial reservatórios deacumulação com os mais diversos estadosde eutrofização. Deste modo, a otimizaçãodos processos de tratamento de um pon-to de vista multi-objetivo faz-se necessá-rio dado que as pressões da opinião pú-blica e ambientais têm sido cada vez maissignificativas e o Padrão de Potabilidademais restritivos.

OBJETIVOS

Tendo em vista o exposto, o princi-pal objetivo deste trabalho foi estudar aotimização da ETA Rio Grande, localiza-da na RMSP, pertencente e operada pelaSABESP, tendo sido avaliados os proces-sos de coagulação química e adsorção emCAP. Os principais aspectos considera-dos foram, a saber:

• Definição das condições ótimasde operação do processo de tratamentode água (dosagem de coagulante e CAP)que tenha por objetivo a maximização daremoção de turbidez, CONs e MIB.

• Avaliação da influencia do pH eda dosagem do coagulante na remoçãode compostos orgânicos naturais (CONs)e turbidez.

• Otimização do processo deadsorção em CAP na remoção de com-postos orgânicos causadores de gosto eodor (MIB) quando em presença deCONs.

MATERIAIS E MÉTODOS

Generalidades

A pesquisa foi desenvolvida empre-gando-se a água bruta que abastece aoSistema Produtor Rio Grande, localizadoem São Bernardo do Campo, pertencen-te e operado pela SABESP. O SistemaProdutor Rio Grande entrou em opera-ção 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, foramconstruídas na estação novas unidades defloculação, decantação e filtração, tendoa mesma, no final de sua ampliação, umtotal de 7 floculadores, 7 decantadores e14 filtros rápidos de areia.

Ao mesmo tempo em que diversasatividades foram desenvolvidas tendo porobjetivo principal propiciar o aumentoda capacidade de tratamento do SistemaProdutor Rio Grande, também foramimplementadas um conjunto de obrashidráulicas que permitiram a preservaçãoe melhoria da qualidade da água na cap-tação de água bruta. Dentre estas, ressal-tam-se as obras de fechamento do Braçodo Rio Grande do Reservatório Billings,isolando-se hidraulicamente ambos oscorpos d’água, o que permitiu umamelhoria significativa da qualidade daágua bruta captada pelo Sistema Produ-tor Rio Grande, uma vez tendo sido ate-nuada a influência do bombeamento ereversão do Rio Pinheiros para o Reserva-tório Billings.

Os principais problemas de quali-dade da água atualmente existentes noReservatório do Rio Grande residem nofato de receber uma grande carga de es-gotos sanitários sem tratamento proveni-ente da cidade de Ribeirão Pires, o quetem causado um aumento no grau deeutrofização do corpo d´água. Este au-mento no grau de eutrofização do Reser-vatório do Rio Grande tem causado difi-culdades na operação da ETA devido aum aumento na concentração de algas naágua bruta durante determinados perío-dos do ano, exigindo uma maior aplica-ção de coagulante, dosagem de CAP paracontrole de gosto e odor e aumento das

dosagens de agente oxidante. Atualmen-te, a ETA trata uma vazão de 4,5 m3/s,sendo responsável pelo abastecimento decerca de 8% da população da RegiãoMetropolitana de São Paulo (RMSP), ten-do previsão de ampliação para 8,0 m3/s.

Os ensaios foram realizados no La-boratório da respectiva ETA, tendo-seexecutado ensaios de jarros com o propó-sito de definir as condições ótimas deoperação do processo de tratamento deágua (dosagem de coagulante e CAP) quetenha por objetivo a maximização da re-moção de turbidez, CONs e MIB. Comoparâmetro empregado para avaliar a con-centração de CONs na fase liquida, foiempregado o parâmetro carbono orgâni-co dissolvido (COD).

Os problemas de gosto e odor pre-sentes na água bruta que abastece a ETARio Grande são, principalmente, oriun-dos de subprodutos metabólicos de algase demais microrganismos, pelo fato domanancial apresentar elevado grau deeutrofização. Os compostos orgânicosMIB e Geosmina tem sido preponderan-temente os mais identificados e, pelo fatoda Geosmina ser de mais fácil remoçãopor processos de adsorção quando com-parado com o MIB, este foi o parâmetrode avaliação empregado quando execu-tados os ensaios de adsorção em CAP(AWWARF, 2000).

Uma vez que, durante o período deinvestigação experimental, a água brutautilizada nos ensaios experimentais po-deria não conter o composto MIB, estefoi adicionado à mesma, de modo que asua concentração na fase líquida situasseentre 200 ng/L a 400 ng/L, valores estesrepresentativos da água bruta proveni-ente do manancial quando dos episódiosde gosto e odor mais significativos. Por-tanto, para cada ensaio executado era adi-cionada alíquota de padrão de MIB(Wako Chemicals), fim de conferir a águabruta a concentração desejada.

O CAP empregado na investiga-ção experimental é de origem nacio-nal (Brascarbo Agroindustrial Ltda –CarboActiv K), de origem vegetal e apre-sentando número de iodo mínimo de600 mg/g. A justificativa para a sua esco-lha é o fato de que o mesmo é 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 adsorção realiza-dos, com anotações das condições de cadaensaio, concentrações de MIB e COD.

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Otimização multi-objetivo de estações de tratamento de água


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

Procedimentosexperimentais

O procedimento experimental con-sistiu de ensaios de jar-test, em que foramvariadas as dosagens de coagulante e pHde coagulação. O coagulante empregadofoi o sulfato férrico 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 adição 1 mi-nuto antes do coagulante, estando a faselíquida em agitação. Foi utilizado umpolímero como auxiliar de floculação, 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 água bruta era dispos-ta em uma caixa de cimento-amianto decapacidade igual a 50 litros. Procedia-seentão a introdução de MIB na água bru-ta com o auxilio de uma micro-seringa,a fim de obter concentração inicialdo adsorvato na faixa de 200 ng/L a400 ng/L. A homogeneização da águabruta e do adsorvato era efetuada com oauxilio de um agitador mecânico de altacapacidade com rotação igual a 300 rpm,para que os sólidos em suspensão presen-te na água bruta permanecessem na faselíquida e fosse evitada a volatilização deMIB para a fase gasosa.

Após 10 minutos de homogenei-zação eram coletadas amostras de águabruta em duplicata para a determinaçãoda concentração de MIB e COD, sendoposteriormente transferidos dois litros damesma para cada jarro do equipamentode jar-test. A solução do coagulante era

preparada no início de cada ensaio comconcentração de 5 g Fe2(SO4)3/L. A rota-ção do sistema de agitação para misturarápida foi mantida a um valor em tornode 300 rpm e a aplicação da suspensãode CAP realizada simultaneamente emtodos os jarros.

Imediatamente após a mistura rápi-da, reduzia-se a rotação do sistema de agita-ção de modo a permitir a simulação do pro-cesso de floculação, tendo os mesmos gradi-entes de velocidade iguais a 70 s-1, 50 s-1 e30 s-1 e tempo total de 15 minutos. Estesvalores de gradientes de velocidade e tem-po de floculação foram adotados por ser osempregados na operação da ETA Rio Gran-de. Decorrido este tempo, desligava-se o sis-tema de agitação e aguardava-se a sedimen-tação dos flocos (2,7 minutos) para a cor-respondente coleta de amostras de água de-cantada representativa para as taxas de es-coamento superficial dos decantadores emoperação na respectiva ETA Rio Grande.(Di Bernardo et al, 2002).

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Tabela 1 - Ensaios realizados com água bruta do Braço do Rio Grande(Reservatório Billings) com adição de MIB

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

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


Para cada dosagem de coagulanterealizava-se um ensaio com 6 jarros, compH de coagulação variando entre 4,5 a10. A coleta de amostras era efetuada si-multaneamente em todos os jarros paradeterminação de pH e turbidez. Com opropósito de avaliar a eficiência da remo-ção de CONs da água bruta durante oprocesso de coagulação-floculação, no fi-nal de cada ensaio de jar-test, o jarro queapresentou a melhor remoção de turbidezera selecionado para determinação deCOD e MIB. Com o objetivo de evitarinterferência de partículas coloidais e emsuspensão nas análises de COD e MIB,as amostras eram previamente filtradas emmembrana filtrante 0,45mm.

Todas as análises e determinaçõesreferidas foram realizadas utilizando-se osequipamentos localizados no laboratórioda ETA Rio Grande. As análises de MIBforam efetuadas com cromatógrafo gaso-so associado a espectrofotômetro de mas-sa (CG-MS-PAT) pelo laboratório deQuímica Orgânica da Companhia deSaneamento Básico do Estado de São Pau-lo (TCCL-SABESP). As análises de CODforam executadas no Laboratório de Aná-lises Avançadas da Divisão de ControleSanitário Centro (MCEC-SABESP) emequipamento SHIMATZU TOC5000A,de acordo com metodologia apresentadapor Garzuzi et al (1999).

APRESENTAÇÃO EANÁLISE DOSRESULTADOSEXPERIMENTAIS

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

da para os ensaios de jar-test executadoscom diferentes dosagens de coagulante,com e sem a presença de CAP.

Comparando-se os resultados deturbidez da água decantada para os ensai-os executados com e sem a aplicação deCAP, pode-se observar que a diferença dosresultados entre si é mínima, podendo afir-mar que não houve prejuízo à qualidadeda água decantada quando da aplicaçãode 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 adição docoagulante, o que garantiu que as partí-culas do material adsorvente tivessem sidocapturadas pelo hidróxido metálico pre-cipitado formado quando da adição docoagulante.

O ensaio 1 foi executado tendo aágua 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 água 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 é um sal deferro, este pode ser empregado em umaampla faixa de pH, podendo-se variar de5,5 a 9,0. Em função das condiçõesoperacionais da ETA e da qualidade daágua bruta, pode ser mais interessantedurantes certos períodos do ano operar oprocesso de coagulação em uma faixa depH mais elevada (superior a 8,0), possi-bilitando assim a oxidação de ferro e

manganês que porventura estejam pre-sentes na água bruta quando houver aocorrência de períodos de estratificaçãotérmica no braço do Rio Grande (Reser-vatório Billings).

Pode-se observar que, para valoresde pH de coagulação superiores a 8,0 nãoforam observados prejuízos na qualidadeda água decantada, o que indica sua via-bilidade de adoção quando necessário. Noentanto, caso seja necessário buscar aotimização de remoção de CONs junta-mente com a remoção de turbidez, pode-se notar que para valores de pH de coa-gulação inferior a 5,8, há uma ligeira que-da na eficiência de remoção de turbidez,o que deverá requerer uma maior dosa-gem de coagulante (Figuras 5 e 6).

A importância do pH de coagula-ção na remoção de COD pode ser obser-vada por intermédio das Figuras 7 e 8nas quais são apresentados os resultadosdos ensaios de jar-test conduzidos sem aaplicação de CAP para diferentes faixasde pH.

Analisando-se a Figura 7, pode-seobservar que os valores de remoção deCOD para os ensaios de jar-test conduzi-dos com valores de pH de coagulaçãoentre 8,0 e 9,0 situaram-se entre 15% e20%, valor este similar aos apresentadospor Frederico et al (1999). Também seobserva que, com o aumento da dosagemde coagulante, há um ligeiro acréscimona remoção de COD, embora este sejabastante reduzido.

Por sua vez, observando-se os valoresde remoção de COD para os ensaios decoagulação conduzidos em uma faixa depH entre 5,8 a 6,5 (Figura 8), pode-senotar um maior aumento da remoção deCOD, sendo este da ordem de 30% a 50%.

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Figura 2 - Fluxograma dos ensaios cinéticos com aplicação de 30 mg/l de CAP e diferentesdosagens de Fe2(SO4)3 realizados em jar test


Figura 4 – Turbidez da água decantada emfunção do pH de coagulação para ensaios

executados com e sem a aplicaçãode CAP (Ensaio 1)

Figura 5 – Turbidez da água decantada em função dopH de coagulação para ensaios executados com e sem

a aplicação de CAP. (Ensaio 2).

Figura 6 – Turbidez da água decantada em funçãodo pH de coagulação para ensaios executados com

e sem a aplicação de CAP. (Ensaio 2).

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Figura 7 – Remoção de COD em função da dosagemde coagulante para os ensaios conduzidos

sem a aplicação de CAP


sem a aplicação de CAP


Figura 3 – Turbidez da água decantada em funçãodo pH de coagulação para ensaios executados

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


Nota-se que os maiores valores de remo-ção 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 maximização da remoção de turbidez.Os resultados confirmam os obtidos pordemais pesquisadores que observaram quea faixa de pH de coagulação que propor-ciona a maximização da remoção de CODsitua-se entre 5 e 6,5 (Semmens et al,1980; Dempsey et al, 1984; Jacangeloet al, 1995).

Portanto, em função da necessida-de da ETA maximizar a remoção deCOD com vistas a permitir a diminuiçãoda formação de SPD, muito provavel-mente, a dosagem de coagulante a seraplicada no processo de tratamento serádeterminada pela necessidade de remo-ção de COD e não pela redução daturbidez da água bruta.

Frequentemente, os CONs são de-nominados de substâncias húmicas, po-dendo estes ser classificados de acordocom a sua solubilidade em meio ácido oualcalino. As substâncias húmicas são usu-almente divididas em duas grandes cate-gorias, a saber: ácidos húmicos, sendo es-tes solúveis em meio alcalino, mas insolú-veis em meio ácido, e ácidos fúlvicos, so-lúveis tanto em meio alcalino como emmeio ácido (Montgomery, 2005). Em-bora os ácidos húmicos e fúlvicos apre-sentem semelhanças estruturais, eles pos-suem grande diferença com relação a pe-sos moleculares, presença de grupos fun-cionais e proporção de carbono, oxigênioe nitrogênio.

Os ácidos fúlvicos apresentam pe-sos moleculares da ordem de 200 a 1.000unidades de massa atômica, enquanto opeso molecular de determinados ácidoshúmicos pode chegar até 200.000 uni-dades de massa atômica. As diferençasentre ambas as frações que compõem osditos compostos húmicos que, como jámencionado, variam desde seus pesos etamanhos moleculares até a presença degrupos funcionais ionizáveis, são de fun-damental importância no que diz respei-to a sua estabilidade e reatividade em meioaquoso.

Conforme já salientado anteriormen-te, a análise dos resultados permite inferirque para a água bruta afluente a ETA RioGrande foram obtidos resultados satis-fatórios para a turbidez da água decanta-da com sais de ferro para uma ampla faixade pH. As dosagens de coagulantes utili-zadas e a ampla faixa de variação do pH decoagulação, 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 coagulação ocorre, preferencial-mente, pelo mecanismo de varredura.Deste modo, a remoção de COD ocorrepor mecanismo de coprecipitação, em queos CONs são adsorvidos no hidróxidometálico formado quando da adição docoagulante e, de acordo com evidênciasexperimentais relatadas por diversos pes-quisadores, as frações removidas commaior eficiência são as de maior pesomolecular (ácidos húmicos) (AWWA,1999).

Portanto, em face da remoção dasmaiores frações moleculares dos CONspor processos de coagulação química, atendência é que as menores permaneçamna fase líquida. Caso a ETA tenha a ne-cessidade de aplicar CAP para eventualcontrole de gosto e odor, dado que estasmenores frações de CONs são mais sus-ceptíveis de serem removidas por proces-sos de adsorção, espera-se que haja umaredução na remoção de COD. As Figuras9 e 10 apresentam os valores de remoçãode COD para os ensaios de jar-test con-duzidos com aplicação de CAP para dife-rentes faixas de pH.

Comparando-se as Figuras 7 e 9entre si, pode-se observar que a aplicaçãode CAP para os ensaios de coagulaçãoconduzidos com pH na faixa ente 8,0 e9,0 não propiciou um aumento na re-moção de COD da fase líquida, sendoque as eficiências de remoção situaram-sena faixa de 15% a 25%.

Do mesmo modo, comparando-seas Figuras 8 e 10, observa-se que tam-bém as faixas de remoção de COD dafase líquida para os ensaios de jar-test con-duzidos com e sem CAP para uma faixade pH de coagulação entre 5,8 e 6,5 situ-aram-se entre 40% e 50%, não se tendoevidenciado nenhuma melhoria na efici-ência de remoção de COD mediante aaplicação de CAP na água bruta.

Ressalta-se, portanto, que a otimi-zação da remoção de CONs foi muitomais dependente do pH de coagulaçãodo que a dosagem de coagulante. Em faceda grande diversidade dos CONs pre-sentes na fase líquida, tal conclusão nãopode ser generalizada, embora o mesmopadrão de comportamento tenha sidoobservado para a água bruta provenientedo Reservatório do Guarapiranga e queabastece a ETA ABV, também localizadona RMSP (Frederico et al, 1999). Pode-se inferir que águas brutas provenientesde mananciais superficiais com elevado

grau de eutrofização, formados por reser-vatórios de acumulação com elevado tem-po de detenção hidráulico, possam ter estepadrão de comportamento no tocante aremoção de CONs pelo processo de coa-gulação.

Tradicionalmente, a aplicação deCAP no tratamento de águas de abasteci-mento tem por finalidade garantir a re-moção de compostos orgânicos sintéticosde origem antrópica e de origem biológi-ca causadores de gosto e odor, não sendoaplicado para a remoção de CONs pre-sentes na fase líquida, dado que as dosa-gens necessárias a serem aplicadas para quea sua remoção seja efetiva teriam que sermuito elevadas e proibitivas do ponto devista econômico.

Como a melhor alternativa para aremoção de CONs no processo de trata-mento de água ainda é a otimização doprocesso de coagulação, a aplicação doCAP passaria a ser otimizada com respei-to à remoção de compostos orgânicos cau-sadores de gosto e odor.

Embora não se tenha evidenciadonenhuma melhoria na remoção de CODquando da aplicação de CAP, uma vezque o processo de adsorção não é seletivono tocante a remoção de compostos orgâ-nicos específicos, é de se esperar uma re-dução na eficiência de remoção de MIBquando da presença de CONs pois en-quanto estes encontram-se presentes nafase líquida em concentrações da ordemde mg/L, aqueles encontram-se na faixade ng/L.

As figuras 11 e 12 apresentam osvalores de eficiência de remoção de MIBna água bruta para os ensaios de coagula-ção efetuados com aplicação 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 coagulação conduzidos em fai-xas de pH entre 8,0 a 9,0 e 5,8 a 6,5, aseficiências de remoção de MIB situaram-se na faixa de 50% a 60%, independen-temente da dosagem de coagulante e dopH de coagulação.

Uma vez que o tratamento conven-cional de águas de abastecimento nãopossui a capacidade de remover compos-tos orgânicos de baixo peso molecular, ti-picamente característico de moléculas deMIB, não é de se esperar que haja au-mento de eficiência de sua remoção como aumento da dosagem de coagulante.

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

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modo, possibilitar uma maior eficiênciana remoção de MIB. Como foi observa-do anteriormente que a influência dadosagem de coagulante na remoção deCONs é muito menor do que quandocomparado com o pH de coagulação, afração dos CONs passível de serem re-movida pelo processo de coagulação ocor-re independentemente da dosagem decoagulante. Deste modo, os CONs resi-duais na fase líquida após o processo decoagulação tendem praticamente à mes-ma composição (concentração e pesomolecular) e, assim sendo, sua influênciano processo de adsorção tende a ocorrerigualmente para águas brutas coaguladascom dosagens de coagulante de 10 mgFe2(SO4)3/L a 50 mg Fe2(SO4)3/L.

Conforme já comentado anterior-mente, observa-se que, independente-

mente do pH de coagulação, também aseficiências de remoção de MIB por pro-cesso de adsorção foram bastante simila-res entre si. No entanto, observou-se quena faixa de pH de coagulação de 5,8 a6,5 houve uma maior remoção de CODquando comparado com os valores obti-dos para a faixa de pH de coagulação de8,0 a 9,0. Como as eficiências de remo-ção de MIB foram bastante semelhantesentre si, pode-se afirmar que as fraçõesdos CONs que porventura foram adsor-vidos pelo CAP e que poderiam compe-tir pelos mesmos sítios de adsorção comas moléculas de MIB não foram removi-das pelo processo de coagulação.

Uma vez que as menores frações dosCONs são removidos de modo mais efi-ciente por processos de adsorção e suasmaiores frações removidas por processos

de coagulação, observa-se que, especifi-camente para a água bruta em questão, aotimização dos processos de remoção deCOD por processos de coagulação e MIBpor processos de adsorção não são com-petitivos entre si, ou seja, é possível aotimização do processo de adsorção semque seja sacrificada a otimização da remo-ção de COD pelo processo de coagulaçãoquímica.

Um aspecto interessante a ser ob-servado é que os resultados de eficiênciade remoção de MIB por adsorção em CAPobtidos para a água bruta provenientedo Reservatório Billings foram relativa-mente menores quando comparados comos obtidos para a água bruta do Reserva-tório Guarapiranga quando da condu-ção de ensaios de adsorção sob as mesmascondições de tipo e dosagem de CAP e

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Figura 12 – Remoção de MIB em função da dosagemde coagulante para os ensaios conduzidos com a

aplicação de CAP

Figura 11 – Remoção de MIB em função dadosagem de coagulante para os ensaios conduzidos

com a aplicação de CAP







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

Enquanto para a água bruta prove-niente do Reservatório do Guarapirangaforam obtidos valores de remoção de MIBda ordem de 90% para dosagens de CAPda ordem de 30 mg/L, as eficiências deremoção de MIB para a água bruta doReservatório Billings não foram superio-res a 60%, o que evidencia a diferençaentre a natureza dos CONs que possamestar presentes em ambas as águas brutas.Essa diversidade de características dosCONs (peso molecular, grupos funcio-nais, estrutura química, etc...), por tereminfluência direta nos processos de coagu-lação química e adsorção, precisaria sermelhor estudada e explorada quando daconcepção, projeto e operação de futurasestações, pelo fato de constituírem-se emdesafios na produção de água tratada, afim de que a mesma venha a atender pa-drões de potabilidade mais restritivos queporventura sejam adotados no futuro.

CONCLUSÕES ERECOMENDAÇÕESFINAIS

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

• Com respeito à remoção deturbidez da água bruta, observou-se quea aplicação de CAP para controle de gos-to e odor não apresentou prejuízo à qua-lidade da água decantada, tendo sidopossível atingir valores satisfatórios deturbidez para uma ampla faixa de pH(5,8 a 9,0).

• A maior eficiência de remoção deCOD foi obtida para os ensaios de coagula-ção 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-ção entre 8,0 e 9,0 obteve-se uma remoçãode COD na faixa de 15% e 20%.

• Os maiores valores de remoção deCOD 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-ção da remoção de turbidez. Portanto, emfunção da necessidade da ETA demaximizar a remoção de COD com vis-tas a permitir a diminuição da for-mação de SPD, muito provavelmente,a dosagem de coagulante a ser aplicadano processo de tratamento será determi-nada pela necessidade de remoção deCOD e não pela redução da turbidez daágua bruta.

• A aplicação de CAP para fins decontrole de gosto e odor os ensaios decoagulação conduzidos com pH na faixade 8,0 a 9,0 e 5,8 a 6,5 não propicioumelhoria na remoção de COD da faselíquida.

• Com respeito à remoção de MIB,para uma dosagem de CAP aplicada naágua bruta de 30 mg/L, as suas eficiênci-as de remoção situaram-se na faixa de 50%a 60%, independentemente da dosagemde coagulante e do pH de coagulação.

• Assim sendo, a operação do pro-cesso de coagulação na faixa de pH entre5,8 e 6,5 permitiu, não somente aotimização do processo de coagulação naremoção de turbidez, mas também a re-moção de COD e, dado que a remoçãode MIB apresentou-se ser independentedo pH, os objetivos de otimização daETA Rio Grande mostraram-se ser viá-veis tecnicamente.

AGRADECIMENTOS

A FAPESP (Fundação de Amparoa Pesquisa do Estado de São Paulo) pelosuporte financeiro concedido (Bolsa dePós-Doutoramento 2003/00536-6).

A SABESP, por permitir a realizaçãoda pesquisa nas dependências do Labora-tório da Estação de Tratamento de Água doRio Grande e pelas análises de MIB e COD.

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Endereço para correspondência:

Sidney Seckler Ferreira FilhoDepartamento de EngenhariaHidráulica e SanitáriaEscola Politécnica da Universidadede São PauloAv. Prof. Almeida Prado, trav. 2,n.271 - Prédio de Engenharia CivilCidade Universitária05508-900 São Paulo - SP - BrasilTel.: (11) 3091-5220/3091-5444Fax: (11) 3091-5423E-mail: [email protected]


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