Foi realizada uma série de ensaios de bancada, em batelada, para simular as condições de coagulação e de mistura rápida da água tipo I e da água tipo III. Posteriormente, essa condições foram aplicadas em contínuo no sistema piloto de filtração direta de escoamento descendente.
O coagulante utilizado nos ensaios de jarteste e nos experimentos em escala piloto foi o sulfato de alumínio. Sua escolha foi devida à sua ampla aplicação em estações de
tratamento de água no Brasil e por ser empregado na ETA da lagoa do Peri. O sulfato de alumínio comercial (SA) foi tomado do lote em uso na ETA. O controle de qualidade realizado indicou teores de Al2O3 da ordem de 14,5%. As soluções, com concentração de 1% (massa/massa), foram preparadas diariamente com água filtrada, produzida na própria ETA.
Os produtos químicos utilizados na correção do pH durante os ensaios foram:
• alcalinizante - a cal hidratada comercial utilizada na ETA da Lagoa do Peri. Soluções a 0,5% (massa/massa) preparadas diariamente com água filtrada; • acidificante - ácido sulfúrico PA. Soluções com concentração 0,05N preparadas
diariamente com água filtrada.
Os ensaios foram realizados com equipamentos e métodos adequados às características da filtração direta, nas quais as condições de mistura rápida exercem o papel determinante no processo de desestabilização de partículas. A qualidade da água filtrada foi avaliada, após a filtração da água coagulada em um sistema de filtros de laboratório de areia (FLA), acoplado ao aparelho para teste de jarros, conforme Figura 15. O modelo do equipamento utilizado nos ensaios em bancada tem as seguintes características:
• modelo: LDB 310; • fabricante: Nova Ética;
• número de jarros: seis com capacidade individual de 2L; • sistema de extração de amostras: basculante simultâneo;
• gradientes de velocidade: variável de 10 a 2000 s-1(20 a 800rpm); • controle de rotação: tacógrafo digital;
• paletas: retangulares com sistema de haste livre que permite isolar um jarro sem parar os demais.
O filtro de laboratório de areia (FLA), acoplado ao aparelho para teste de jarros, foi adaptado por Dalsasso (2005). Os seis FLAs são distribuídos de maneira que cada jarro possua o seu filtro correspondente, apresentando as seguintes características:
• tubo de PVC: 25 mm de diâmetro e 25,5 cm de comprimento; • altura da camada filtrante: 15 cm de espessura;
• granulometria da areia: 0,42 a 0,84 mm e tamanho efetivo = 0,5 mm; • carga hidráulica para filtração: constante e igual a 11 cm;
• taxa de filtração no FLA: ≈100 m/d.
A granulometria utilizada nos FLAs foi selecionada e baseada nos estudos desenvolvidos por Dalsasso (2005). O autor determinou que, em termos de valores de turbidez para a água filtrada e considerando a dosagem de coagulante aplicada, os valores nos FLAs com areia (grãos entre 0,42 a 0,84 mm e tamanho efetivo = 0,5 mm) foram os que mais se aproximaram dos da água fornecidas pelos filtros em escala real da ETA da Lagoa do Peri. A carga hidráulica constante, com a qual os FLAs trabalham, permite avaliar a evolução da perda de carga em função da análise do tempo e do volume filtrado.
Figura 15: Foto do equipamento de jarteste
4.3.2.1 Condições gerais dos ensaios em jarteste
Foi realizada uma série de ensaios, variando a dosagem de coagulante e o pH de coagulação. Simultaneamente, avaliou-se a qualidade da água filtrada através dos FLAs, em relação à remoção de turbidez e cor aparente. O gradiente de mistura rápida utilizado na
pesquisa foi de Gmr = 1200 s-1 , e o tempo tmr = 30 s e, após a mistura rápida, foi de Gamr = 112 s-1. Esses valores estão baseados nos testes de jarros realizados por Sens e colaboradores (2006) no estudo da tratabilidade das águas da Lagoa do Peri – PROSAB 4. Vale lembrar que, em função de ser a filtração direta o sistema de tratamento utilizado nesta pesquisa, os testes de jarros foram realizados somente com mistura rápida.
Os procedimentos utilizados na realização dos ensaios em jarteste foram os seguintes:
• preencher os seis jarros com água tipo I / água tipo III até completar 2 litros; • acionar a agitação e controlar 90 s-1 ;
• adicionar volumes crescentes de solução coagulante de sulfato de aluminio e de ácido sulfurico para manter o pH da solução entre 5 a 7 ;
• alterar a agitação de 90 para 1200 s-1, com tempo de mistura de 30 s; • diminuir o gradiente de velocidade para 112 s-1;
• filtrar através do FLA e descartar os primeiros mL, em seguida, coletar 30 mL para medição do pH de coagulação;
• continuar filtrando, após 20 minutos de filtração a água era despreazada, coletando-se em seguida os próximos 50 mL para as análises de cor e turbidez; • fazer a limpeza dos FLAs e do equipamento após cada ensaio.
Com os valores de cor e turbidez residual foi construído um diagrama de coagulação para escolher um ou mais pontos de trabalho, isto é, escolher o melhor resultado do binômio: dosagem de coagulante versus pH de coagulação.
Os registros dos parâmetros determinados em cada ensaio foram realizados em formulários específicos, os quais estão apresentados no apêndice C. Os melhores valores do tempo e gradiente de mistura rápida, da dosagem e do pH de coagulação foram utilizados nos ensaios no sistema piloto de Filtração Direta Descendente (FDD). A Tabela 7 apresenta o resumo das condições em que foram realizados os ensaios em jarteste.
Tabela 7 Resumo das condições dos ensaios em jarteste, utilizadas na pesquisa
Produto químico
Sulfato de alumínio (14,5%) = 2%
massa/massa
Cal hidratada = 5% massa/massa Ácido sulfúrico = 0,05N
Tipo de água Água de estudo (85%FM + 15% Lagoa) Água da lagoa do Peri, Gradiente de velocidade de mistura 90 s-1
Tempo de contato 1min
Gradiente de velocidade de mistura rápida 1200 s-1
Tempo de mistura rápida 30 s
Granulometria da areia do FLA 0,42 a 0,84 mm
Altura da camada de areia 15 cm
Carga hidráulica para a filtração no FLA Constante = 11 cm Parâmetros de controle pH de coagulação = 5 a 7 Turbidez = < 1 uT
Cor aparente = <5 uH