Relatrio de Estgio no Departamento Municipal de gua e Esgoto
DMAE ETE Uberabinha.Estudo do Ensaio de Jar-Test das Amostras de
Efluentes de RAFA da ETE Uberabinha.1 Farley Vieira da
Silva;1Estagirio ETE Uberabinha, graduando do curso de Engenharia
Qumica;
Resumo: Este estudo apresenta uma anlise das concentraes de
agentes de coagulao Cloreto Frrico e de agentes de floculao Polmero
que levam a uma reduo da turbidez no efluente do RAFA da estao de
tratamento de esgoto da cidade de Uberlndia Minas Gerais. Os testes
foram realizados em um equipamento de Jar-Test, aplicando as
concentraes utilizadas no processo de tratamento da ETE e variando
estas, na tentativa de encontrar valores de uma concentrao tima,
que simulou as etapas de coagulao, floculao e sedimentao. Na etapa
de coagulao a concentrao 81mg/L, e na etapa de floculao a
concentrao de 3mg/L de polmero so as que resultam na reduo
significativa da turbidez inicial. A concentrao de sulfetos do
efluente do RAFA gera um consumo de FeCl3 resultando em uma reao
indesejada.
Palavras-chave: Jar-Test, agente de coagulao e polmero.
ObjetivoO estudo busca atravs do ensaio de Jar-Test obter
valores ideais de dosagens de agentes de coagulao (Cloreto Frrico
FeCl3) e agentes de floculao (Polmero orgnico Poliacrilamida) em
diferentes concentraes, utilizando a turbidez como principal
parmetro e observar a ocorrncia da reao entre o agente de coagulao
e o sulfeto presente nas amostras utilizadas no ensaio.
IntroduoA gua um recurso natural continuamente contaminado, as
fontes de contaminao so inmeras desde efluentes das residncias at
efluentes industriais, sendo necessrio realizar o tratamento destes
efluentes para reduzir os impactos que podero ser gerados no meio
ambiente. As estaes de tratamento de esgotos (ETE) visam reduzir a
emisso de substncias contaminantes de rios, lagos, represas e lenis
subterrneos.Uma das etapas aplicadas para o tratamento de efluentes
de guas residuais a flotao, removendo slidos em suspenso e, quando
em combinao com agentes coagulantes, pode remover nutrientes,
principalmente o fsforo, e parcela da matria orgnica dissolvida.
Dentre estes benefcios, a flotao proporciona a reduo dos teores de
gases odorferos, alm de elevar o nvel de oxignio dissolvido, o que
resulta num efluente de melhor qualidade.O presente estudo ser
baseado no processo de tratamento de efluentes da ETE-Uberabinha,
na qual o efluente proveniente dos reatores anaerbicos (efluentes
de RAFA) destinado para canais de flotao, o processo de tratamento
fsico-qumico, utilizando-se da metodologia de Jar-Test no
laboratrio da ETE.O ensaio ser realizado com efluentes de RAFA -
Reator Anaerbio de Fluxo Ascendente - sendo estudada a aplicao de
diferentes concentraes de agentes de coagulao e agentes de
floculao, pois uma boa dosagem de produtos qumicos leva a uma
eficincia elevada da remoo de slidos suspensos, sendo a dosagem
determinada atravs de teste de laboratrio.A coagulao consiste na
aglutinao das partculas suspensas, facilitando a remoo destas. Os
coagulantes so substncias adicionadas na gua com a finalidade de
reduzir as foras eletrostticas de repulso, que mantm separadas as
partculas em suspenso. Eles liberam espcies qumicas com alta
densidade de cargas eltricas de sinal contrrio s manifestadas pelas
partculas presentes no efluente. O agente coagulante utilizado
neste trabalho um sal trivalente de ferro em soluo - Cloreto Frrico
(FeCl3(aq)) ocorre reao do FeCl3 com a alcalinidade natural do
efluente, formando o Fe(OH)3, que o responsvel pela formao dos
cogulos, Figura 1.
Figura 1 Reao do Cloreto Frrico no tratamento de guas
residuais.O FeCl3 possui as seguintes caractersticas: concentrao de
38% (m/m) e densidade igual a 1,40 g/cm3 a 20C.A floculao a etapa
onde a gua residuria agitada lentamente, visando formao de flocos
de tamanho grande que facilite a sua remoo. um processo fsico no
qual as partculas coloidais so colocadas em contato umas com as
outras, de modo a permitir o aumento do seu tamanho fsico,
alterando desta forma sua massa e acelerando a velocidade de
decantao. O agente floculante utilizado o polieletrlito de natureza
catinica, polmero orgnico Poliacrilamida, o polmero usado na
unidade de flotao e no ensaio uma emulso com nvel de slidos ativos
entre 35 e 50% que possui as seguintes caractersticas: alto peso
molecular e alta densidade de corpo, que atua como auxiliar de
floculao, a seguir frmula molecular do polmero Figura 2.
Figura 2 Monmero do polmero Poliacrilamida.MetodologiaAs
amostras de efluentes do RAFA foram coletadas da ETE Uberabinha,
localizada as margens do Rio Uberabinha no setor industrial da
cidade de Uberlndia Minas Gerais.As amostragens so realizadas de
acordo com procedimentos internos do laboratrio, os quais seguem as
normas vigentes.Um equipamento de Jar-Test foi utilizado para os
testes, com capacidade para seis ensaios simultneos, Figura 3.
Figura 3 Equipamento de Jar-Test com o efluente do RAFA. O
processo de coleta de dados experimentais foi realizado em nove
dias, no consecutivos, realizando trs ou quatros ensaios, nos quais
os volumes de coagulante e floculante utilizados em cada cuba foram
variados, dependendo do plano de trabalho definido pelo responsvel
tcnico do laboratrio da ETE Uberabinha.Inicialmente realiza-se um
procedimento de preparo dos agentes de coagulao e floculao.-
Cloreto Frrico (FeCl3):Prepara-se o FeCl3 a 3% (m/V) a partir do
cloreto frrico 54% (m/V) presente nos tanques da linha de flotao da
seguinte maneira: adicionam-se 5,5mL do Cloreto Frrico 54% (m/V) em
balo volumtrico de 100mL, completando com gua destilada.- Polmero
(Poliacrilamida):Prepara-se o polmero a 0,2% (V/V) a partir da
emulso com 35-50% de matria ativa da seguinte maneira, adicionando
1 mL do polmero 40% em um bquer de 1 L contendo 500mL de gua
destilada, posteriormente submete-se a agitao intensamente
(aproximadamente 20 minutos) at que a soluo fique homognea.Antes de
iniciar o ensaio de Jar-Test, realizamos medidas de pH e turbidez
do efluente que ser utilizado no ensaio. Tambm foi realizadas
anlises da concentrao de sulfeto nas amostras do
efluente.Posteriormente, colocamos em cada uma das cubas para
teste, 1L de efluente do RAFA, medido com o auxlio de uma proveta,
colocando as mesmas no equipamento de Jar-Test. Ligou-se o
equipamento com uma rotao inicial das ps em 70rpm durante 1 minuto,
para promover uma mistura do efluente, Figura 4.
Figura 4 Agitao do efluente para homogeneizar. Etapa de
coagulao:O volume de agente de coagulao a ser dosado em cada cuba
com o efluente do RAFA dado pela seguinte equao:
(1)Nesta etapa adicionamos o volume de Cloreto Frrico dado pela
equao (1), mantendo a rotao inicial por 2 minutos, Figura 5.
Figura 5 Formao dos flocos na etapa de coagulao. Etapa de
floculao:Deve-se calcular o volume de reagente floculante a ser
adicionado nas cubas utilizadas no ensaio fazendo uso da seguinte
equao:
(2)Utilizamos uma seringa para realizar as dosagens definidas
para cada cuba a partir da equao (2), neste momento reduz a rotao
das ps para 20rpm, mantendo a rotao por 4 minutos.Observou-se a
formao de flocos maiores e mais consistentes. Etapa de
sedimentao:Concludo o tempo da etapa acima descrita, desliga-se a
rotao das ps do equipamento, tal condio de repouso permite que as
partculas mais densas do efluente decante por ao da gravidade,
nesta etapa o sistema repousa por 2 minutos, Figura 6.
Figura 6 Sedimentao dos flocos aps a etapa de
floculao.Finalizada as trs etapas descritas, realizamos medidas de
turbidez de cada efluente obtido nas cubas utilizadas no
ensaio.Resultados e DiscussoO efluente do RAFA apresentava
inicialmente os seguintes valores de pH, turbidez e concentrao de
sulfetos [S2-], Tabela 1.
N do ensaio de Jar-TestDatapHTurbidez (NTU)[S2-] (mg/L)
A19/05/20117,05133,0018,40
B27/05/20117,33147,3015,20
C02/06/20117,33166,6714,80
D09/06/20117,21180,0020,20
E16/06/20117,40163,0014,21
F04/07/20116,96154,6714,20
G10/11/20117,10174,3320,40
Tabela 1 Valores de pH e turbidez iniciais do efluente.Plotagem
da variao do pH inicial das amostras de efluente do RAFA, segue o
Grfico 1.
Grfico 1 pH inicial das amostras.Da mesma forma construmos
grficos para a turbidez e concentrao de sulfetos, Grfico 2 e Grfico
3, respectivamente.
Grfico 2 Turbidez inicial das amostras.
Grfico 3 Concentrao de sulfetos das amostras.No processo de
tratamento de guas residuais fundamental conhecer algumas
caractersticas iniciais do efluente, porque a eficincia do processo
varia com estas, assim, o conhecimento da solubilidade das diversas
espcies hidrolisadas de ferro, presente em diferentes valores de pH
de grande importncia pois os mecanismos da coagulao dependem da
concentrao de cada espcie na soluo, nos dando uma ideia do pH timo
de coagulao.Uma caracterstica inicial medida foi a concentrao de
sulfetos, sendo um dos objetivos deste estudo analisar a ocorrncia
de uma reao indesejada entre o cloreto frrico e as espcies qumicas
ionizadas do sulfeto de hidrognio (H2S). A reao ocorre devido s
altas concentraes de sulfetos no efluente do RAFA, gerando um
consumo maior de agente coagulante no tratamento de efluentes de
guas residuais. Veja a seguir reaes qumicas:H2S H+ + HS-HS- H+ +
S2-FeCl3 Fe3+ + 3Cl-Fe3+ + S2- Fe2S3(S)A espcie qumica Fe2S3(S) o
precipitado de colorao escura presente no efluente final e
observou-se que tal fato ocorre quando temos uma concentrao de
sulfetos maior que 20 mg/L. Analisando o Grfico 3 temos que isto
ocorre nos ensaios D e G, os quais apresentam um efluente final com
um aspecto visual menos ideal do que nos demais ensaios.Os ensaios
de Jar-Test foram realizados utilizando-se de duas situaes: com
dosagens de reagentes iguais s aplicados nos canais de flotao da
ETE e variando as dosagens de reagentes, na tentativa de avaliar
uma concentrao tima de reagentes a ser utilizada, desde que
eficiente na reduo da turbidez.A Tabela 2 apresenta o registro do
Jar-Test, na qual apresentamos as dosagens de reagentes utilizados
nos ensaios e as os valores obtidos de turbidez aps as etapas de
coagulao, floculao e sedimentao.Registro de Jar-Test ETE Uberabinha
(DMAE)
EnsaioN Cuba[FeCl3] (mg/L)V (mL) de FeCl3Polmero (mg/L)V(mL) de
PolmeroTurbidez (NTU)
A160,002,0082,70
281,002,703,001,5069,90
3102,003,4064,80
B11,000,5085,70
281,002,702,001,0082,30
33,001,5083,06
44,002,0081,00
C160,002,0079,50
281,002,703,001,5066,37
3102,003,4052,47
D181,002,7059,10
2102,003,403,001,5038,90
3120,004,0026,20
E181,002,7066,90
2102,003,403,001,5052,10
3120,004,0038,90
F160,002,0076,10
281,002,703,001,5076,30
3102,003,4051,30
G181,002,7052,60
290,003,003,001,5045,60
3102,003,4043,10
Tabela 2 Registros do Jar-Test.Os ensaios A, C, D, E, F e G
foram realizados utilizando a mesma dosagem de polmero, sendo que a
seguir temos a representao grfica de cada ensaio e nesta no ser
plotada uma curva correspondente ao agente de floculao.Plotagem dos
resultados obtidos na execuo do Jar-Test para os ensaios A, B, C,
D, E, F e G, respectivamente.
Grfico 4 Registro de Jar-Test ensaio A.Neste ensaio a concentrao
de agente de coagulao que resulta em uma maior reduo da turbidez
inicial encontra-se na cuba de nmero 2, sendo que um aumento desta
concentrao na cuba de nmero 3 no resulta em uma diminuio
significativa da turbidez.
Grfico 5 Registro de Jar-Test ensaio B.Diferentemente do ensaio
anterior e dos demais ensaios seguintes, o ensaio B apresenta uma
variao do volume de polmero utilizado em cada cuba, resultando em
valores altos de turbidez, sendo que a turbidez inicial do efluente
utilizado no ensaio apresenta um aumento aproximadamente de 10% da
turbidez inicial do ensaio A, indicando que a variao da concentrao
do agente de floculao no resulta em uma melhora da turbidez do
efluente final e na qualidade do tratamento. O efluente sofre mais
influncia da etapa de coagulao, uma maior ateno deve ser dada para
a concentrao de sulfetos. Uma vez que uma concentrao alta de
sulfetos ir gerar uma etapa de coagulao menos eficiente e
consequentemente influenciar na etapa de flotao, mas como neste
caso a concentrao de sulfetos menor do que a verificada no ensaio
anterior, no se verifica a influncia da concentrao de sulfetos na
eficincia de coagulao deste ensaio. Como a variao da concentrao do
agente de floculao no resultar em uma eficincia maior no tratamento
do efluente do RAFA da ETE Uberabinha, no foi utilizada uma dosagem
maior do que 3 mg/L de polmero.As discusses dos grficos dos ensaios
C, D, E, F e G, so apresentadas ao final de todas as representaes
grficas.
Grfico 6 Registro de Jar-Test ensaio C.
Grfico 7 Registro de Jar-Test ensaio D.
Grfico 8 Registro de Jar-Test ensaio E.
Grfico 9 Registro de Jar-Test ensaio F.
Grfico 10 Registro de Jar-Test ensaio G.Os ensaios C e F
apresentam as mesmas dosagens de agentes de coagulao e os valores
de turbidez inicial so 166 e 155 NTU, respectivamente, ao final do
ensaio os valores de turbidez encontram-se prximos, com exceo da
cuba de nmero 2 do ensaio F, a qual apresenta um valor maior de
turbidez em relao a cuba de nmero 1, o que no era de se esperar,
gerando um possvel erro na execuo do ensaio. O que observamos uma
equivalncia quanto ao valor timo de dosagem do agente de coagulao
em 60 mg/L, porque obtemos bons valores de turbidez do efluente. A
utilizao de 102 mg/L de FeCl3 reduz consideravelmente a turbidez,
mas temos um gasto grande de reagente, o que pode tornar a operao
dispendiosa.Nos ensaios D e E so aplicadas dosagens equivalentes de
FeCl3 e em volumes maiores que os ensaios anteriores, na tentativa
de avaliar o comportamento da turbidez frente s altas concentraes
de agentes de coagulao.Nestes ensaios temos uma grande reduo da
turbidez do efluente, tanto para concentraes menores quanto para
altas concentraes, sendo que no ensaio D na cuba de nmero 3 tem-se
uma maior eficincia, pois ocorre uma diminuio da turbidez de 180
NTU inicial para 26,20 NTU contra 163 NTU inicial para 38,90 NTU no
ensaio E, assim concentraes altas de FeCl3 resultam em um efluente
mais clarificado, ou seja, com menores valores de turbidez, mas
geram um alto consumo deste reagente.O ltimo ensaio realizado neste
estudo foi o G, o qual feito aplicando valores de dosagens entre o
intervalo de 81 mg/L e 102 mg/L, as quais foram aplicadas nos
ensaios anteriores, obtendo bons resultado finais de turbidez.
Neste ensaio a cuba de nmero 2 com 90 mg/L de FeCl3 apresenta um
valor de turbidez melhor do que quando utilizamos a concentrao de
102 mg/L nos ensaios A, C, E e F, mesmo apresentando valor de
turbidez inicial maior que os demais, o que mostra ser uma
concentrao ideal na realizao do ensaio.Observamos em todos os
ensaios, com exceo do ensaio B, uma reduo da turbidez, assim os
reagentes utilizados promovem um tratamento eficiente do efluente
do RAFA.ConclusoO tratamento de guas residuais de grande
complexidade, devido s variaes do efluente a ser tratado. Os
reagentes utilizados pela ETE-Uberabinha geram um efluente que
atendem os parmetros de lanamento nos corpos hdricos, mas a
principal funo deste estudo foi em analisar uma concentrao tima
destes reagentes.Neste estudo a concentrao de 81 mg/L de FeCl3nos
ensaios A, C, D, E e G resulta em uma reduo significativa dos
valores de turbidez do efluente do RAFA, sendo uma boa dosagem a
ser utilizada no processo de tratamento executado na ETE no canal
de flotao, observando que temos valores de turbidez iniciais
menores que 200 NTU e que como carga orgnica, varia linearmente, o
recomendado realizar ensaios de Jar-Test diariamente para uma
melhor avaliao.O ensaio G traz uma nova concentrao de FeCl3 que de
90 mg/L, a qual resulta em uma eficincia maior na reduo da turbidez
em relao a 81 mg/L, em porcentagens temos um aumento de
aproximadamente de 11% de FeCl3 da cuba de nmero 1 para a cuba de
nmero 2, resultando em uma reduo de aproximadamente 15% da
turbidez, o que pode ser uma concentrao a ser utilizada nos canais
de flotao da ETE para obter um efluente mais clarificado. Mas para
tal faz-se necessrio realizar alguns ensaios com efluentes do RAFA
para testar esta concentrao em valores diferentes de turbidez e
analisar se o comportamento do ensaio G observado em outros
casos.As altas dosagens de cloreto frrico levam a uma reduo
significativa da turbidez, mas em funo de estarmos utilizando um
reagente qumico, devemos pensar no alto custo que pode gerar no
processo, no controle de pH e na concentrao de ferro solvel, de
modo a no comprometer as condies de lanamento no corpo hdrico. Uma
considerao a ser feita deve ser em relao s concentraes de sulfetos
no efluente do RAFA, a qual contribui para uma reduo da eficincia
da etapa de coagulao, sendo que nos casos de uma alta concentrao
destes, faz se necessrio a adio de maiores concentraes de FeCl3
para compensar este gasto a mais de reagente sem perder eficincia
do processo de tratamento. Assim podemos dizer que a concentrao de
sulfeto um parmetro que regula as dosagens de cloreto frrico na ETE
Uberabinha.Bibliografia
Marcela V. C. Machado, Jos P. Thompson Jr., Talita F. R. Costa,
Fbio A. Amaral; Estudo das Velocidades de Agitao nas Etapas de
Floculao e coagulao no Tratamento de Efluentes de Lavanderia
Industrial. XVI Jornada em Engenharia Qumica, Uberlndia, 2011.
Miguel M. Aisse, Dcio Jurgensen, Marco A. P. Reali, Rogrio Penetra,
Lourdinha Florencio e Pedro A. Sobrinho; Ps-Tratamento de efluentes
de reatores Anaerbicos por sistemas de Flotao. Standard Methods for
the Examination of Water & Wastewater; American Public Health
Association; 21 Har/Cdredition, October 2005.
http://pt.wikipedia.org.
