performance de ete: otimização da estação de tratamento

UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE
Departamento de Engenharia Ambiental
DEISE FABIANE FONTANELLA
PERFORMANCE DE ETE:
OTIMIZAÇÃO DA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES
DA INDÚSTRIA CERÂMICA
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Ambiental como
requisito parcial à obtenção do grau de Engenheiro Ambiental.
Orientadora: M.Sc. Nadja Zim Alexandre
CRICIÚMA, 2003
2
UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE
Departamento de Engenharia Ambiental
DEISE FABIANE FONTANELLA
PERFORMANCE DE ETE:
OTIMIZAÇÃO DA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES
DA INDÚSTRIA CERÂMICA
Este trabalho de conclusão de curso foi julgado adequado à obtenção do grau de
Engenheiro Ambiental e aprovado em sua forma final pelo Curso Engenharia Ambiental da
Universidade do Extremo Sul Catarinense.
Criciúma – SC, 25 de novembro de 2003.
______________________________________________________
Prof(a) M. Sc. Nadja Zim Alexandre
Universidade do Extremo Sul Catarinense
______________________________________________________
Prof (a) M. Sc. Marta Valéria Guimarães de Souza Hoffmann
Universidade do Extremo Sul Catarinense
______________________________________________________
Prof. Carlyle Torres Bezerra de Menezes
Universidade do Extremo Sul Catarinense
3
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho a Deus e principalmente aos meus
pais e minha irmã por terem acreditado em mim e pelo
esforço atribuído.
4
AGRADECIMENTOS
A minha orientadora Nadja Zim Alexandre pela
orientação e compreensão.
Ao Departamento de Engenharia Ambiental e a todos os
meus professores.
Aos meus colegas pelos bons momentos que passamos
juntos.
As empresas GE Betz e CEUSA, e aos Srs. Mário Silveira
e Gialdino da Luz pela oportunidade de estágio.
A todos os meus amigos da CEUSA que me ajudaram na
realização do estágio e TCC.
As minhas amigas Priscila, Paula e Nelísia.
5
EPÍGRAFE
A verdadeira sabedoria consiste em saber como aumentar
o bem-estar do mundo.
Benjamin Franklin
6
RESUMO
O presente trabalho teve o objetivo de avaliar a performance da Estação de Tratamento de
Efluentes no setor de polimento e retífica da Cerâmica Urussanga S.A. – CEUSA, adequando
a dosagem de produtos químicos fornecidos pela GE Betz do Brasil, garantindo o atendimento
à legislação ambiental no que tange à emissão de efluentes ou possibilitando o reuso da água.
Na etapa de pesquisa foi realizado ensaio em jarteste variando-se as dosagens de coagulante e
floculante, com o objetivo de avaliar a concentração ideal a ser utilizada em escala industrial.
Os resultados obtidos no laboratório indicam que o tratamento de efluentes da CEUSA,
através dos produtos da GE Betz, reflete-se numa alternativa viável e eficaz.
Palavras-chave: coagulação, floculação, ensaio em jarteste, qualidade da água
7
ABSTRACT
The present work had the objective to evaluate the performance of the Effluent Station of
Treatment of in the burnishing sector and rectified of Cerâmica Urussanga S.A. – CEUSA,
adjusting the dosage of chemical products supplied by GE Betz of Brazil, guaranteeing the
attendance to the ambient legislation in that it refers to the emission of effluent or making
possible reuse it of the water. In the stage of research was carried through assay in jar-test
varying the dosages of coagulation and flocculation, objectifying to evaluate the ideal
concentration to be used in industrial scale. The results gotten in the laboratory indicate that
the treatment of effluent of the CEUSA, through the products of GE Betz, is reflected in a
viable and efficient alternative.
Keyword: coagulation, flocculation, assay in jar-test, quality of the water
8
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS................................................................................................................................................09
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................................................10
1.
INTRODUÇÃO.................................................................................................................................................11
1.1 CEUSA – CERÂMICA URUSSANGA S.A. ............................................................................................................11
1.2 GE BETZ DO BRASIL ..........................................................................................................................................12
2.
JUSTIFICATIVAS ...........................................................................................................................................14
3.
OBJETIVOS......................................................................................................................................................15
3.1 OBJETIVO GERAL..........................................................................................................................................15
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................................................................15
4.
APROFUNDAMENTO TEÓRICO ................................................................................................................16
4.1 GERAÇÃO DOS EFLUENTES........................................................................................................................16
4.1.1 Descrição dos processos............................................................................................................................17
4.1.2 Principais indicadores de controle ............................................................................................................19
4.2 TEORIA DO TRATAMENTO DE EFLUENTES............................................................................................20
4.2.1 Produtos químicos – dosagem e aplicação ................................................................................................20
4.2.2 Processos do Tratamento...........................................................................................................................22
5.
MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................................................................32
5.1 PROCEDIMENTO DE COLETA DAS AMOSTRAS ....................................................................................33
5.2 ENSAIO EM JARTESTE..................................................................................................................................34
5.2.1 Equipamento e Materiais...........................................................................................................................34
5.2.2 Procedimento de ensaio em laboratório....................................................................................................35
5.2.3 Ensaios de rotina .......................................................................................................................................37
6
ANÁLISES E DISCUSSÕES ...........................................................................................................................39
6.1 DESCRIÇÃO DOS PRODUTOS QUÍMICOS .................................................................................................39
6.2 DESCRIÇÃO DA ETE II DA CEUSA .............................................................................................................41
6.3 DOSAGEM DE PRODUTOS QUÍMICOS.......................................................................................................46
6.4 EFICIÊNCIA DA ETE ......................................................................................................................................51
7
CONSIDERAÇÕES FINAIS ...........................................................................................................................53
8
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................................................55
9
ANEXOS DAS ANÁLISES..............................................................................................................................57
9
LISTA DE TABELAS
Tabela 01 – CAPACIDADE DE PRODUÇÃO E REVESTIMENTOS CERÂMICOS: ...................................... 16
Tabela 02 – CAPACIDADE DE GERAÇÃO DE EFLUENTES LÍQUIDOS:..................................................... 17
Tabela 03 – PRODUÇÃO DE RESÍDUOS SÓLIDOS INDUSTRIAIS:.............................................................. 17
Tabela 04 – CONDIÇÕES DO EFLUENTE BRUTO: ......................................................................................... 46
Tabela 05 – RESULTADOS OBTIDOS NO ENSAIO PARA AVALIAR A MELHOR CONCENTRAÇÃO DE
COAGULANTE:................................................................................................................................. 47
Tabela 06 – RESULTADOS OBTIDOS NO ENSAIO PARA AVALIAR A MELHOR CONCENTRAÇÕ DE
FLOCULANTE:.................................................................................................................................. 48
Tabela 07 – RESULTADOS DAS VAZÕES DE DOSAGENS: .......................................................................... 50
Tabela 08 – QUALIDADE E EFICIÊNCIA DO TRATAMENTO DE EFLUENTES:........................................ 51
10
LISTA DE FIGURAS
Figura 01 – SISTEMA DE DOSAGEM DE COAGULANTE DA CEUSA: ............................................................. 21
Figura 02 – AÇÕES ESQUEMÁTICAS DOS COLÓIDES, COAGULAÇÃO E FLOCULAÇÃO: ......................... 28
Figura 03 – DECANTADOR ESQUEMÁTICO:........................................................................................................ 30
Figura 04 – SÓLIDOS SEDIMENTÁVEIS DO EFLUENTE TRATADO E BRUTO: ............................................. 33
Figura 05 – DIFERENTES DOSAGENS DE COAGULANTE OBSERVADOS EM ENSAIO EM JARTESTE: ... 36
Figura 06 – EFLUENTE CLARIFICADO EM ENSAIO EM JARTESTE: ............................................................... 37
Figura 07 – SISTEMA DE TRATAMENTO DE EFLUENTE DO POLIDO, RETIFICADO E 3ª QUEIMA: ......... 42
Figura 08 – ESQUEMA DO DECANTADOR ADOTADO PELA CEUSA:............................................................. 43
Figura 09 – TANQUE DE LODO OU ADENSADOR DE LODO: ........................................................................... 44
Figura 10 – FILTRO PRENSA DE PLACAS:............................................................................................................ 45
11
1 INTRODUÇÃO
O presente estudo foi realizado com a finalidade de melhorar a performance da
estação de tratamento dos efluentes gerados nos setores de polimento e retífica da CEUSA –
Cerâmica Urussanga S.A., designado como ETE II, com a utilização de produtos químicos
fabricados pela GE Betz do Brasil.
O sistema de tratamento de efluentes líquidos da CEUSA é composto por
unidades de tratamento seqüencialmente dispostos, nas quais ocorrem operações de separação
e processos de transformação dos constituintes presentes.
Para estimar as concentrações dos produtos químicos a utilizar, adotou-se o ensaio
de coagulação e floculação em jarteste, obtendo-se a partir da análise laboratorial a qualidade
do efluente tratado da ETE II.
1.1 CEUSA – CERÂMICA URUSSANGA S.A.
Fundada há 50 anos, a CEUSA destaca-se no mercado nacional pela qualidade dos
revestimentos cerâmicos que produz. Localizada em Urussanga, no pólo cerâmico do sul de
12
Santa Catarina, a CEUSA tem um parque industrial com capacidade para produzir 3,5 milhões
m2 de revestimentos cerâmicos por ano.
Com um conceito moderno de mercado, a preocupação com o futuro não se reflete
somente na qualidade do produto, mas também na qualidade de vida e do meio ambiente.
Os resíduos sólidos de origem industrial são reciclados e os efluentes tratados são
reutilizados no próprio processo, sem lançamento de efluentes no ambiente, reduzindo dessa
forma a captação de água para o processo industrial. Modernos equipamentos garantem a
qualidade das emissões atmosféricas, sendo a primeira empresa no mundo a adotar a
tecnologia de filtros de manga para retenção de material particulado provenientes do processo
de secagem do pó cerâmico com a utilização de carvão mineral como combustível.
Visando o bem estar da comunidade vizinha, a qualidade de vida e do meio
ambiente, a empresa realizou uma série de investimentos em tecnologias e equipamentos
visando a redução de suas emissões e o atendimento à legislação ambiental.
Os investimentos realizados nesta área foram de R$ 620.000,00 nos últimos 02
anos.
Em 31 de julho de 2000, a CEUSA recebeu da FATMA – Fundação do Meio
Ambiente, o PRÊMIO FRITZ MULLER por apresentar uma destacada atuação e correta
postura ambiental durante o exercício de suas atividades.
1.2 GE BETZ DO BRASIL
Por mais de um século, o nome GE tem sido sinônimo mundial de qualidade e
tecnologia. A história da GE começou a 120 anos com a invenção da lâmpada elétrica por
Thomas A. Edison e se desenvolveu ao longo do tempo com o desenvolvimento de novas
tecnologias.
13
A General Electric Company é uma empresa diversificada, atuando em vários
segmentos, sempre com o compromisso de alcançar liderança mundial em cada um de seus
negócios. Atualmente, a empresa opera em mais de 100 países, empregando cerca de 300 mil
pessoas.
Em 2001, alcançou um faturamento de US$ 125.9 bilhões, o que a colocou entre
as 10 maiores empresas do mundo de acordo com a lista "500 Maiores", editada pela revista
norte-americana Fortune. A Interbrand norte-americana especializada na avaliação de marcas
coloca a GE na quarta posição entre as marcas mais valiosas do mundo.
Hoje, a GE tem um parque industrial de 280 mil metros quadrados, onde são
produzidas mais de 800 linhas de produtos que abrangem segmentos diversos da indústria. A
empresa investe em equipamentos de última geração, laboratórios de pesquisa avançada e em
uma filosofia de valorização de funcionários. Esses fatores, quando somados, permitem
desenvolver centros de excelência de fabricação de produtos com a marca GE em todo o
mundo.
14
2 JUSTIFICATIVAS
O tratamento de efluentes líquidos é uma das principais questões no que diz
respeito ao atendimento da legislação ambiental em diversos setores industriais e à
conseqüente proteção ao meio ambiente.
Um elemento importante na indústria cerâmica para a qualidade de produtos
fabricados é a água, sua qualidade e quantidade utilizada.
O consumo de água usada diariamente na CEUSA – Cerâmica Urussanga S.A. é
elevado, e por isso existe a necessidade de recirculação do efluente gerado no processo
produtivo.
Para que isto se torne viável torna-se necessário um tratamento químico e físico
do efluente para posterior remoção dos resíduos e reuso do efluente tratado no processo
industrial.
15
3 OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GERAL
Otimizar o tratamento de efluentes líquidos da estação de tratamento de efluentes
– ETE II da CEUSA, com auxílio de produtos químicos da GE Betz do Brasil.
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
9Ajustar a dosagem e concentração dos produtos químicos (coagulante e
floculante), utilizados na ETE II;
9Avaliar os indicadores de qualidade do efluente bruto e tratado, através de
exames físicos e químicos;
9Avaliar a performance da operação e a qualidade do efluente tratado.
16
4 APROFUNDAMENTO TEÓRICO
4.1 GERAÇÃO DOS EFLUENTES
Os efluentes líquidos tratados na ETE II da CEUSA, são gerados nas etapas de
polimento, retificação e terceira queima, contando com duas máquinas de polimento e retífica.
Esses efluentes devem receber tratamento adequado, a fim de atender as exigências legais ou
possibilitar o reuso do efluente tratado no processo industrial.
As capacidades de produção, vazões e gerações de resíduos estão listadas nas
tabelas 01, 02 e 03.
Tabela 01 – Capacidade de Produção de Revestimentos Cerâmicos:
Polido e Retificado
Retífica
3ª Queima
Capacidades
2500 m2/máquina dia
4000 m2/máquina dia
900 m2/ dia
Fonte: CEUSA
17
Tabela 02 – Capacidade de Geração de Efluentes Líquidos:
Vazões
Bombas de efluentes
Máquina (Polido/ Retificado)
Efluente (Polido/Retificado)
3ª Queima
32 L.s-1
25,02 L.s-1 cada máquina
25,00 L.s-1 cada máquina
1,625 L.s-1
Fonte: CEUSA
Tabela 03 – Produção de Resíduos Sólidos Industriais:
Processos
Polido e Retificado
Retífica
3ª Queima
m2
2,193 Kg
0,650 Kg
0,315 Kg
Diário
10965,0 Kg
5200,0 Kg
283,5 Kg
Fonte: CEUSA
4.1.1 DESCRIÇÃO DOS PROCESSOS
Segundo Escardino et al (1998), a queima tem como objetivo principal
desenvolver a microestrutura necessária para as propriedades desejadas ao produto final. É o
estágio no qual ocorrem as principais alterações no material: reações de queima de matéria
orgânica, de decomposição e oxidação, transformações de fases, formação de fase vítrea e
densificação.
De acordo com os autores, o processo visa agregar as partículas cerâmicas e
produzir uma peça coesa e resistente, principalmente através da dissolução e reação de alguns
de seus minerais formando a fase vítrea. Alterações como retração, densificação e redução da
porosidade e superfície específica total ocorrem na queima.
Após o processo de queima os produtos dependendo de suas especificações são
polidos, retificados, polidos/retificados e no caso dos produtos gerados na terceira queima são
levados à máquina de corte para dar-lhes um formato especial.
18
O processo de polimento consiste em um equipamento dotado de várias cabeças
polidoras compostas de materiais abrasivos, que em contato com as peças em
rotação alta, velocidade controlada em presença de água executam o polimento,
sendo que à medida que a peça passa pela máquina os abrasivos usados apresentam
gradativamente uma granulometria mais fina, até conseguir-se o resultado desejado.
A primeira parte da polidora é responsável pelo desgaste acentuado da peça, ou seja,
é onde se dá o nivelamento da superfície da peça, com abrasivos diamantados e
magnesianos de granas grossas (100 a 220 Pm). Nas três primeiras cabeças trabalhase com abrasivos diamantados com granas também distribuídas, sendo que a
primeira cabeça é satelitária e as duas demais cilíndricas. Usando-se este tipo de
abrasivo nas primeiras cabeças consegue-se ganhar em produção no polimento,
porque as cabeças diamantadas retiram a maior parte de material na peça. A segunda
etapa é responsável em realizar a preparação para o polimento, cada cabeça tem a
finalidade de apagar os riscos (ranhuras) deixados pelas cabeças anteriores e deixar a
peça totalmente uniforme (lisa). As granas utilizadas são de 240 a 700 Pm. A
terceira etapa é o polimento propriamente dito, na peça não existe mais riscos e a
mesma começa a receber o brilho. Utiliza-se normalmente granas de 800 e 3000 Pm.
Um elemento importante para um bom polimento é a água, sua qualidade e
quantidade utilizada. A quantidade de água usada diariamente em uma unidade de
polimento é muito elevada, podendo chegar a mais de 4.000.000 l, e por isso existe a
necessidade de recirculação desta água em circuito fechado para reaproveitamento.
Com este procedimento, torna-se necessário um tratamento químico-físico na água
para posterior decantação dos resíduos do polimento (abrasivos, esmalte) e filtroprensagem. A água é distribuída na máquina em cada cabeça polidora e tem a função
principal de diminuir o atrito entre os abrasivos que poderiam ficar sobre as peças
causando riscos e arranhões. As cabeças polidoras exercem pressão sobre as peças
durante a operação de polimento, sendo possível regular maior ou menor pressão,
sendo esta uma variável importante no processo (BITTENCOURT e BENINCÁ,
2002).
O processo de retífica das peças cerâmicas tem por finalidade o ajuste da
retilinearidade e tamanho dimensional conforme especificação do produto, sendo que este
processo é feito na máquina de esquadramento que utiliza discos de corte.
As peças cerâmicas quando retificadas apresentam praticamente o mesmo
tamanho. Fato este que facilita o alinhamento na hora do assentamento.
Tanto no processo de polimento quanto no de retífica há necessidade de muita
água.
O efluente líquido gerado carreia partículas em suspensão, que quando
encaminhados até o sistema de tratamento existente, gera os resíduos sólidos industriais,
removidos no fundo dos decantadores.
19
4.1.2 PRINCIPAIS INDICADORES DE CONTROLE
Os principais indicadores de controle utilizados no presente estudo são pH,
turbidez, dureza e sólidos sedimentáveis. Secundariamente, avalia-se também a concentração
de alguns metais como chumbo e zinco que embora não são impeditivos do reuso do efluente
tratado no processo industrial, é de fundamental interesse do ponto de vista ambiental.
O pH representa segundo Von Sperling (1996), a concentração de íons de
hidrogênio, dando uma indicação sobre a condição de acidez, neutralidade ou alcalinidade da
água. Conforme o decreto 14250/81, os efluentes somente poderão ser lançados no corpo
receptor com pH entre 6 a 9. De acordo com Di Bernardo et al (2002), o pH é um parâmetro
muito importante para as etapas de coagulação e filtração.
A turbidez conforme Von Sperling (1996), representa o grau de interferência com
a passagem da luz através da água, conferindo uma aparência turva à água.
Segundo Di Bernardo et al (2002), a turbidez dos efluentes é devido à presença de
partículas em suspensão e em estado coloidal, as quais podem apresentar ampla faixa de
tamanho. A turbidez do efluente na CEUSA é causada principalmente por partículas de argila,
sílica, além de traços dos componentes do esmalte utilizado.
A dureza de acordo com Von Sperling (1996), é a concentração de cátions
multimetálicos em solução, principalmente cálcio e magnésio.
20
4.2 TEORIA DO TRATAMENTO DE EFLUENTES
4.2.1 PRODUTOS QUÍMICOS – DOSAGEM E APLICAÇÃO
Segundo Manfrini (1976), muitas características das águas, podem ser removidas
pelo uso de produtos químicos e para que estes exerçam a ação pretendida, devem ser
aplicadas na água a ser tratada ou efluente, na quantidade necessária para se obter um teor
pré-fixado.
Como o tratamento da água, é em geral, um processo contínuo em que a água a ser
tratada flui com uma certa vazão, torna-se necessário proceder a uma dosagem
também contínua. Para isso, utilizam-se aparelhos denominados dosadores, capazes
de adicionar a água, o produto químico desejado de modo a alcançar o teor préfixado (MANFRINI, 1976).
Para se estabelecer à dosagem ideal de produtos químicos, é necessário que as
condições do efluente a ser tratado, concentração de poluentes e vazão, mantenha uma
uniformidade, o que nos processos industriais é possível através do tanque de equalização
conforme descrito por Nunes (1996). Com o efluente equalizado é possível estabelecer as
dosagens de produto a serem aplicados (LEME, 1990).
Os dosadores de produtos químicos são dispositivos capazes de liberar
quantidades pré-fixadas na unidade de tempo, e dispõe de meios que permitem os ajustes de
vazão dosada, dentro dos limites que caracterizam sua capacidade. Em geral, possuem uma
escala que permite determinar a dosagem que está sendo procedida (MANFRINI, 1976).
Bomba dosadora é uma bomba aspirante-premente, de diafragma ou de pistão,
acionada por um conjunto motor-redutor. O deslocamento do diafragma ou do pistão
pode ser regulado, bem como a freqüência dos movimentos alternados desse
deslocamento, permitindo assim ajustar sua vazão e, em conseqüência, a dosagem
do produto a ser adicionado ao efluente ou água a ser tratada (MANFRINI, 1976).
21
Na Figura 01, observa-se o sistema de dosagem de coagulante da CEUSA.
Figura 01: Sistema de dosagem de coagulante da CEUSA, onde: a) containner do coagulante; b) registro do
coagulante com sistema de bóia; c) tanque do coagulante; d) bomba dosadora; e) tanque de recolhimento. Fonte:
CEUSA
As concentrações de produtos químicos a serem dosadas no efluente a ser tratado,
é obtido em escala laboratorial através de jarros ou jarteste. Este é o ensaio mais indicado para
se estimar o pH, concentrações e tipos de produtos químicos a serem utilizados para se obter o
melhor resultado na clarificação do efluente a ser tratado (SANTOS FILHO, 1985). Neste
teste, segundo Nunes (1996), determina-se o pH ótimo de floculação.
Quando os resultados indicarem uma ótima clarificação com um mínimo de
produtos químicos usados e um tempo razoavelmente curtos de sedimentação, pode-se dizer
que a remoção das partículas do efluente está ocorrendo dentro da zona de pH ótimo.
Conforme Nunes (1996), a necessidade de correção do pH do efluente, decorre do
fato da coagulação exigir valor ótimo, quando ocorre a formação dos flocos. Em muitos casos,
22
como argumenta Nunes (1996), o próprio coagulante pode ser utilizado para abaixar o pH, até
o ponto ótimo de floculação.
4.2.2 PROCESSOS DO TRATAMENTO
De acordo com Nunes (1996), as grades fazem parte da primeira etapa na remoção
de sólidos. Apresentam a vantagem de remover os sólidos grosseiros do efluente líquido,
evitando sobrecarregar as outras unidades da ETE, além de proteger os equipamentos e evitar
obstruções que poderiam ser causadas por estes materiais.
Segundo Nunes (1996), a equalização tem como principal finalidade regular a
vazão que deve ser constante nas unidades subseqüentes. Ainda segundo o autor, é
praticamente impossível operar a estação sem ter as vazões e concentrações regularizadas,
pois variações bruscas impossibilitam o funcionamento de tanques de correção de pH,
floculantes e decantadores.
Da equalização o efluente segue para o tanque de mistura, que segundo Parlatore
(1976), consiste no processo através do qual o coagulante é colocado em contato com toda a
massa líquida de forma contínua e homogênia, processo esse que deverá estar concluído em
um intervalo de tempo menor do que o tempo de reação do coagulante. A velocidade de
agitação do coagulante dosado com o efluente a ser tratado é de fundamental importância
nessa etapa.
A mistura do efluente com o coagulante e a formação dos flocos são operações de
pré-tratamento de águas e efluentes de grande importância para o funcionamento eficiente dos
decantadores e filtros.
A mistura é efetuada em câmaras denominadas de mistura rápida, nas quais se
assegura uma coagulação homogênia, entendendo-se como coagulação o processo
de reação química do coagulante. Este processo de reação é muito rápido, ocorrendo
em segundos, a partir da aplicação do coagulante na água a ser tratada. Por isto, é
imprescindível uma mistura intensa no ponto de aplicação do coagulante, a fim de
23
que se possa garantir uma distribuição homogênia e uma exposição das partículas
finas existentes na água ou no efluente com o coagulante, antes que a reação termine
(LEME, 1990).
O autor define que mistura é um processo mecânico no qual a água é agitada para
que nela se criem gradientes de velocidade que definam a intensidade de agitação.
A mistura do coagulante e o efluente provoca a hidrolização1, polimerização2 e a
reação com a alcalinidade, formando hidróxidos denominados gel, produzindo na
solução, íons positivos. Estes íons desestabilizarão as cargas negativas dos colóides
e sólidos em suspensão, reduzindo o potencial zeta a ponto próximo a zero,
denominado ponto isoelétrico, permitindo a aglomeração das partículas e,
conseqüentemente, a formação de flocos (NUNES, 1996).
Os principais coagulantes utilizados em tratamento de efluentes segundo Di
Bernardo et al (2002), são os seguintes:
9Cloreto Férrico;
9Sulfato Ferroso Clorado;
9Sulfato Férrico;
9Policloreto de Alumínio;
9Sulfato de Alumínio;
9Tanato.
De acordo Nunes (1996), a reação do coagulante com a alcalinidade ocorre em
curtíssimo espaço de tempo, em torno de 1 segundo.
Abaixo podemos observar, de acordo com Campos e Povinelli (1976), a reação do
Sulfato de Alumínio com a alcalinidade natural das águas (quando existente):
Al2(SO4)3 . 18H2O + 3Ca(HCO3)2
Coagulante
Alcalinidade
1
ĺ
3CaSO4 + 2Al(OH)3Ļ + 6CO2 + 18 H2O
Dureza
Hidróxido
Corrosividade
Permanente Alumínio
Hidrolização conforme Nunes (1996), é a reação da água com os cátions ou ânions provenientes da dissociação
iônica de um sal.
2
Polimerização segundo o mesmo autor, são compostos formados por molécula de uma substância que se
repetem sucessivamente.
24
O coagulante empregado na Cerâmica Urussanga é o Policloreto de Alumínio, cuja
fórmula química geral é segundo Di Bernardo et al (2002):
Alx (H2O) (6x-2y) (OH)y Cl(3x-y) ou
Aln (OH)m Cl 3n-mx
Conforme Leme (1990), os fatores que influenciam na eficiência da mistura são:
9O tempo de mistura do coagulante com a água, que deve ser extremamente
curto (frações de segundo);
9A intensidade da agitação deve ser elevada de tal modo que permita
assegurar dentro do tempo da reação a completa dispersão do coagulante na
água.
Coagulação segundo Parlatore (1976), pode ser definida como processo de
formação de coágulos, através da reação do efluente com um sal que apresenta essa
propriedade, de modo a promover um estado geral de equilíbrio eletrostaticamente instável
das partículas, na massa líquida.
Esse processo químico “é empregado para a remoção de substâncias no estado
coloidal, produtoras de turbidez e de materiais finamente divididos em suspensão” (LEME,
1990).
De acordo com Di Bernardo et al (2002), “suspensão é um estado constituído por
uma fase líquida na qual está dispersa uma fase sólida com partículas de dimensões superiores
às de um colóide, e que sedimentam, com maior ou menor rapidez, sob a ação da gravidade”.
25
As principais funções da coagulação são de desestabilização, agregação e adesão
simultânea de colóides, os quais se caracterizam pela sua estabilização. As
dispersões coloidais existentes na água consistem de partículas discretas mantidas
em suspensão por seu tamanho extremamente pequeno, que varia de 10-3 P a 1P,
estado de hidratação ou de combinação química com água e sua carga elétrica
superficial (LEME, 1990).
O autor prossegue afirmando que os principais fatores de estabilização do estado
coloidal são o tamanho e a carga elétrica das partículas coloidais.
Segundo Campos e Povinelli (1976), há vários tipos de dispersões coloidais,
porém a que apresenta maior interesse, quando se visa o tratamento de efluentes, é aquela em
que se tem uma fase sólida, dispersa em uma fase líquida.
Leme (1990), afirma que os colóides, por possuírem cargas elétricas nas suas
superfícies, estabelecem através destas cargas um campo eletrostático que é o principal fator
de sua estabilização.
De acordo com o autor, as diferenças de concentração entre as espécies negativas
de ânions e positivas de cátions, estabelecem campos eletrostáticos que são responsáveis pela
estabilização do estado coloidal o que dificulta a remoção das partículas em suspensão do
efluente e conseqüentemente dificultando a redução da turbidez do mesmo.
De modo geral, todas as partículas coloidais, dispersas em águas, cujo pH se
encontra entre 5 e 10, apresentam carga negativa devido a absorção seletiva de íons
eletronegativos. Como dificilmente um efluente a ser tratado foge a essa gama de
valores de pH, os estudos de coagulação e floculação desenvolveram-se baseados
em modelos de partículas coloidais negativas (CAMPOS e POVINELLI, 1976).
Os colóides são classificados em hidrofóbicos e hidrofílicos conforme a afinidade
desses com a água. No caso específico da CEUSA, os colóides se apresentam de forma
hidrofóbica, segundo Hammer (1979), não possuindo afinidade com a água, dependendo
apenas da carga elétrica da partícula sólida para manterem sua estabilidade em suspensão.
26
Após o processo de coagulação, inicia-se o processo de floculação, no qual
Parlatore (1976) define, como processo pelo qual as partículas em estado de equilíbrio
eletrostaticamente instável na massa líquida são forçadas a se movimentar, atraindo-se e
formando flocos, que, com a continuidade da agitação, tendem a aderir uns aos outros,
tornando-se pesados, e, portanto facilmente separados da água nas unidades e decantação e
sedimentação.
A teoria da floculação pode ser resumida segundo Leme (1990), como
aglomeração e compactação de coagulante e de matéria em suspensão na água ou efluente,
formando conjuntos maiores e mais adensados, denominados flocos.
A formação de flocos de acordo com Nunes (1996), se dá à medida que há
colisões entre as partículas e de acordo com Leme (1990), os contatos provocados permitem
que os flocos aumentem em tamanho e densidade, tornando-se mais fáceis de se
sedimentarem, o que contribui para que se obtenha uma melhor clarificação da água que está
sendo tratada.
Nos efluentes industriais, tem-se verificado que os flocos formados necessitam de
maior densidade para poderem sedimentar em decantadores. Recorre-se, então, aos
auxiliares de coagulação, que são os polieletrólitos que aumentam a velocidade de
sedimentação dos flocos e a resistência as forças de cisalhamento. O tipo de
eletrólito adequado deverá ser pesquisado em laboratório, através de ensaios de
floculação e pode-se prever redução, no consumo de coagulante primário, de até
20%. No caso de haver pequena turbidez, pode-se recorrer a substâncias inertes para
melhorar a floculação (NUNES, 1996).
Segundo Di Bernardo et al (2002), para avaliar a estabilidade e a tendência à
floculação de sistemas coloidais, usa-se o potencial zeta, uma vez que pode ser considerado
um parâmetro razoável para medir a magnitude das interações repulsivas entre partículas
coloidais.
27
A medida do potencial zeta conforme o autor corresponde à determinação da
carga eletrostática superficial de pequenas partículas sólidas dispersas em água (colóide).
Segundo Povinelli (1976), o potencial zeta é a medida do potencial elétrico, dado
em milivolt, entre a superfície externa da camada compacta que se desenvolve ao redor da
partícula e o meio líquido em que ela está inserida.
A eficiência operacional do sistema composto pelas unidades de mistura,
coagulação e floculação são assim abordadas por Nunes (1996):
Após haver a coagulação no tanque de mistura rápida, o efluente passará para a
unidade subseqüente de mistura lenta. A formação de flocos se dá à medida que há
colisões entre as partículas. A formação de bons flocos ocorre quando se emprega
dosagem de coagulante adequada, que sofre influência do pH e outros fatores.
Pequenas dosagens não chegam a atingir o ponto isoelétrico, enquanto altas
dosagens podem reverter o sinal de cargas, reestabilizando-as, sendo ambas
prejudiciais.
Conforme Leme (1990), a eficiência operacional da mistura é imprescindível para
que se consiga uma coagulação e floculação eficiente.
Segundo Nunes (1996), como o processo de coagulação é a agregação de
partículas coloidais, realizadas por esforços químicos originados do processo de reação do
coagulante com as partículas em suspensão da água é muito rápido, este ocorre em poucos
segundos a partir da aplicação do coagulante e por isso a mistura deve ser intensa e feita
muito rapidamente.
28
Na Figura 02, estão esquematizadas as ações dos colóides, coagulação e
floculação.
Figura 02: Ações esquemáticas dos colóides, coagulação e floculação. (a) Forças agindo em colóides
hidrofóbicos em uma suspensão estável. (b) Compressão da camada dupla eletrizada nos colóides
(desestabilização) através da adição de coagulantes químicos. (c) Aglomeração resultante da
coagulação e floculação. Fonte: HAMMER, 1979.
De acordo com Leme (1990), a ineficiência do sistema de mistura rápida implica
em que parte da água seja supertratada, enquanto que outras partes sejam insuficientemente
tratadas.
29
Da mesma forma, a floculação influi também de modo decisivo na preparação
para a decantação das partículas, pois nessa etapa ocorre a reunião das partículas já
coaguladas, em flocos mais densos, empregando-se substâncias específicas. A eficiência desse
processo segundo Leme (1990), depende da engenharia do projeto e também da operação das
unidades e apresenta reflexo direto no custo do tratamento da água ou do efluente. A mistura
do efluente com o floculante deve ser lenta, de forma a não “quebrar” os flocos formados
nesse processo.
Após as etapas de mistura rápida – coagulação e, mistura lenta – floculação, os
efluentes seguem para unidades de decantação.
Segundo Azevedo Netto (1976), “a decantação ou sedimentação é uma operação
dinâmica de separação de partículas sólidas suspensas nas águas. Essas partículas, sendo mais
pesadas do que a água tenderá a depositar-se no fundo, com uma certa velocidade”.
Para Di Bernardo et al (2002), a ocorrência de sedimentação das partículas
suspensas propicia a clarificação do meio líquido, ou seja, operação das fases sólida e líquida.
Conforme Nunes (1996), os decantadores são dimensionados em função de taxas
de escoamento superficial, conforme o tipo e as características do efluente. Essa taxa é
estabelecida em função da vazão do efluente (m3.dia-1) aplicada à área de decantação (m2).
30
Na Figura 03, observa-se o esquema de decantador da CEUSA.
4m
3,5 m
7m
Figura 03 – Esquema do decantador adotado pela CEUSA, onde apresenta: diâmetro 4 m; altura cilíndrica 3,5
m; e altura do cone de decantação 7 m.
O lodo removido no decantador é conduzido a um tanque de adensamento que de
acordo com Nunes (1996), consiste em eliminar o excesso de água aumentando a
concentração de sólidos, tornando menores as unidades de desidratação.
Este autor, afirma que o lodo é o material sedimentado e removido no fundo de
decantadores, enquanto o líquido clarificado ou tratado é removido pela superfície e podem
ser conduzidos para etapas posteriores de tratamento, reutilizados ou descartados nos cursos
d’água caso atendam à legislação ambiental. O lodo mesmo após passar por unidades de
adensamento, ainda apresenta um teor de umidade elevado, geralmente em torno de 90%,
31
dessa forma, torna-se difícil o seu manuseio, transporte, disposição, tratamento ou
reaproveitamento.
Em função disso, se faz necessário etapas de deságüe de lodo, que pode ser obtida
através de filtração. Segundo Santos Filho (1985), a filtração consiste na passagem de água
por filtros para a remoção da quantidade de água no lodo. Essa operação é puramente
mecânica e nem toda matéria suspensa fica retida nos filtros, como por exemplo, aquela com
diâmetro menor que os poros do filtro.
Para a desidratação de lodo de estação de tratamento de cerâmicas é comumente
utilizado unidade de filtro-prensa de placas. Este equipamento de acordo com Nunes (1996),
fornece uma torta com concentração de matéria seca na ordem de 25 a 35%.
A operação do filtro prensa é contínua, efetuando a prensagem em bateladas, e
tem como característica principal segundo Andreoli (2001), seu alto grau de confiabilidade.
O tempo de filtração pode durar de 4 horas, considerando a carga, filtração
propriamente dita e descarga, podendo efetuar cada unidade até 6 ciclos por dia. A
filtração é realizada por meio de telas de pano filtrante ajustadas entre placas
retangulares verticais em série com orifícios para a saída do líquido. O lodo é
encaminhado a entrada de alimentação e distribuído pelos espaços existentes entre as
placas, onde é submetido a uma pressão de até 15 Kg/cm2. O líquido intersticial se
separa da massa do lodo, passa pela tela e pelos orifícios das placas e é
posteriormente recolhido, retornando para o tanque de equalização. Logo após a
prensagem, a torta é recolhida após a abertura das placas caindo dentro de
containners ou esteira transportadora, e daí, para seu destino final (Nunes, 1996).
O fato de existir uma unidade de adensamento anterior à etapa de deságüe do
lodo, faz com que o equipamento adotado, filtro prensa, necessite de menor área de filtragem,
reduzindo dessa forma, as dimensões, número de placas e conseqüentemente os custos
envolvidos na aquisição e operação do mesmo.
32
5 MATERIAIS E MÉTODOS
Este trabalho foi realizado tendo como base o aperfeiçoamento da performance da
ETE II da CEUSA – Cerâmica Urussanga S.A., já instalado e operando quando do início do
estágio.
Após o conhecimento do processo produtivo e da geração de efluentes, etapa
fundamental para a solução dos problemas ambientais, teve início a escolha das dosagens
ótimas para a ETE II da CEUSA, sendo o requisito básico a qualidade do efluente tratado,
possibilitando o seu reuso. Para isso, foram realizados testes com diferentes dosagens de
coagulante e floculante fundamentados em conhecimento e informações teóricas.
Os ensaios físico-químicos para avaliar a eficiência do tratamento foram
realizados no laboratório de Águas e Efluentes Industriais do Instituto de Pesquisas
Ambientais e Tecnológicas – IPAT em convênio com a Fundação do Meio Ambiente –
FATMA.
As análises se encontram em anexo, sendo que os métodos de ensaio para os
parâmetros foram, para pH método potenciométrico, para alcalinidade e dureza método
titulométrico e para zinco e chumbo o método utilizado foi por espectrofotometria de
absorção atômica.
33
No ensaio em jarteste, medidas de sólidos sedimentáveis (Figura 04), pH e
turbidez, foram realizados no laboratório de Química da Universidade do Extremo Sul
Catarinense – UNESC, instalado no Bloco S. Os produtos foram fornecidos pela GE Betz do
Brasil.
Figura 04 – Sólidos sedimentáveis do efluente tratado e bruto das duas linhas polidoras da CEUSA.
ALEXANDRE, 2003.
5.1 PROCEDIMENTO DE COLETA DAS AMOSTRAS
A amostragem do efluente a ser utilizado no jarteste foi efetuada de forma a ser
mais representativa possível, de modo que o resultado fornecido no teste representasse a
qualidade do efluente tratado na ETE II.
As amostras foram coletadas a partir do ponto em que a mistura do efluente é
completa, na saída das canaletas em cada polidora em bombonas de 25 litros e em porções
correspondentes às vazões de efluente.
34
As amostras foram coletadas, acondicionadas, identificadas e transportadas, de
maneira a manter suas características, permanecendo assim inalterados os seus constituintes e
as suas propriedades.
As bombonas utilizadas na coleta foram completamente cheias com o efluente,
evitando o mínimo de ar que poderia oxidar os poluentes ali contidos, modificando-os.
Teve-se o trabalho inicial de lavar várias vezes as bombonas com o próprio
efluente antes de se proceder a coleta. O tempo entre a coleta do efluente e o início do ensaio
de teste coletado foi de aproximadamente 2 horas. Não foi possível refrigerar a amostra em
função do volume.
5.2 ENSAIO EM JARTESTE
O equipamento de reatores estáticos, jarteste, é constituído de 6 jarros, e fornece
gradiente de velocidade entre 10 e 2000 s –1.
5.2.1 EQUIPAMENTO E MATERIAIS
Os equipamentos e materiais necessários para execução do ensaio foram:
x Equipamento de reatores estáticos jarteste, composto por 6 jarros com 2 litros cada.
x Turbidímetro nefelométrico 2100 para a leitura da turbidez com padrões de 0, 10, 100 e
1000 NTU.
x Potenciômetro para a leitura de pH, calibrado com solução tampão com pH 6,86 e 10,01.
x Vidrarias diversas: erlenmeyers, balões volumétricos, provetas, pipetas, béqueres.
x Cone de Inmhoff para determinação de sólidos sedimentáveis.
x Água destilada
35
5.2.2 PROCEDIMENTO DE ENSAIO EM LABORATÓRIO
a) Separou-se as vidrarias necessárias, procurando sempre utilizar o mesmo recipiente
para cada solução empregada.
b) Preparou-se as soluções pertinentes com concentrações compatíveis com as dosagens
aplicadas. O coagulante concentrado foi diluído a 5% (v/v), uma vez que a dosagem
do produto puro seria de difícil determinação em 2 litros de efluente.
c) Os efluentes após severa agitação foram colocados nos jarros do equipamento,
avolumando para 2 litros cada jarro.
d) Assegurou-se que os 6 jarros mantivessem a mesma temperatura e homogeneidade.
Nota: A fixação da temperatura é importante, pois ensaio com mesmo efluente e
temperaturas diferentes podem conduzir a resultados desiguais em função da alteração da
viscosidade do meio.
e) Ligou-se o equipamento de agitação e acertou-se a rotação para 100 rpm ou 100 s-1.
f) Adicionou aos jarros do jarteste os volumes preestabelecidos de coagulante
acrescentando alíquotas que variaram de 0 a 3 mL, e intervalos de 0,5 mL.
g) Manteve-se a mesma velocidade de agitação e tempo de reação durante 30 s.
36
h) Paralisada a agitação, observou-se o aspecto dos flocos formados, a velocidade de
sedimentação do mesmo, e a clarificação do sobrenadante (Figura 05).
Figura 05 – Diferentes dosagens de coagulante em ensaio em jarteste. ALEXANDRE, 2003.
i) Tomou-se uma alícola do sobrenadante e obteve-se as medidas de turbidez e pH
resultantes.
j) Selecionando-se a dosagem ideal de coagulação, procedeu-se o ajuste desta
concentração nos 6 jarros do equipamento.
k) Aplicou-se as alícotas sucessivas de polímero nos jarros, diluídos à 0,13% (v/v), dessa
vez em intervalos de 1 mL em cada jarro.
37
l) Após o tempo de floculação de 90 s e velocidade de 30 rpm, desligou-se o
equipamento (Figura 06).
Figura 06 – Efluente clarificado em ensaio em jarteste. ALEXANDRE, 2003.
Os passos h e i foram repetidos para o floculante, selecionando-se a concentração
ideal do produto no efluente a ser tratado.
5.2.3 ENSAIOS DE ROTINA
Ensaios diários de Jarteste foram realizados na CEUSA de forma manual,
utilizando frascos de 500 mL.
Os produtos para coagulação e floculação, são inseridos nos frascos através de
seringas de 1mL. Um produto de cada vez, com agitação manual. Procede-se uma agitação
mais vigorosa na adição do coagulante e mais lenta após adição do floculante de forma a não
destruir ou quebrar os “flocos” formados. Observa-se visualmente os resultados e afere-se a
38
dosagem dos produtos para as condições do efluente a ser tratado, em tempo real. Esse
procedimento não tem por finalidade substituir o jarteste convencional na seleção das
dosagens ideais de produtos químicos, mas sim, realizar de forma rápida, os ajustes
necessários do dia-a-dia de operação de uma ETE.
39
6 ANÁLISES E DISCUSSÕES
6.1 DESCRIÇÃO DOS PRODUTOS QUÍMICOS
No reservatório o efluente recebe o tratamento químico dos produtos da GE Betz
do Brasil, sendo que o coagulante recebe o nome comercial de Klaraid IC1176L, tratando-se
de Policloreto de Alumínio e o floculante de nome Polyfloc AE1125.
Klaraid IC 1176L é um coagulante desenvolvido para ser usado em tratamento de
águas para fins industriais e efluentes. Sua forma comercial é líquida e apresenta como
vantagem um bom resultado em ampla faixa de pH, podendo este variar de 6 a 9, reduzindo
ou eliminando ajustes mais minuciosos desse parâmetro com agentes neutralizantes.
Este coagulante, propícia flocos mais rígidos e pesados aumentando a velocidade
de decantação e um lodo mais adensado e conseqüentemente de menor volume.
O produto pode ser dosado ao efluente na sua concentração original, eliminando a
etapa de diluição e preparo do coagulante.
O Klaraid é um coagulante catiônico de baixo peso molecular.
40
As dosagens variam conforme a aplicação, sendo que para clarificação ou
espessadores utilizam-se de 10 a 50 ppm.
A dosagem acima citada é meramente orientativa. A dosagem correta deverá ser
ajustada em testes de laboratório através de ensaios em jarteste e confirmada com os
resultados obtidos na planta. Esse produto é comercializado em containner de 780 Kg.
O Polyfloc é um polímero aniônico líquido, com uma alta densidade de carga e
alto peso molecular. Destina-se a programas de tratamento total GE Betz como um floculante
ou agente condicionador de lodo para águas superficiais e efluentes industriais.
A sua aplicação apresenta algumas vantagens como a redução do arraste dos
flocos, uma vez que estes em função do peso adquirido decantam numa velocidade maior; é
comercializado em estado líquido, tornando-se de fácil aplicação; resulta num efluente
clarificado e isento de turbidez; baixo custo quando comparado a outros produtos com a
mesma função.
Quando o Polyfloc AE1125 é usado com coagulantes poliméricos catiônicos ou
com inorgânicos, produz-se um aglomerado denso de rápida sedimentação. O arraste de
flocos diminui, resultando num efluente mais límpido.
Na ETE II da CEUSA, o preparo do Polyfloc ocorre em um tanque de mistura
com capacidade para 1,5 m3, com agitação mecânica durante 30minutos. É necessário evitar a
contaminação com a água, seja por condensação ou por gotas (como a chuva).
As soluções de uso do Polyfloc AE1125 são preparadas rápida e facilmente,
seguindo os passos:
a) Enche-se o tanque de preparação até um terço de água limpa (suficiente para cobrir a
lâmina agitadora);
41
b) Sob agitação, adiciona-se 2 Litros de Polyfloc AE1125 no tanque de solução, através
de uma jarra de 2 litros, enquanto completa-se o volume do tanque com água,
chegando a uma concentração de aproximadamente 0,13%;
c) Continua-se a agitação por mais uns 10 minutos para permitir o desenvolvimento
completo da atividade do polímero. A agitação deve ser mantida em baixa velocidade
(máximo de 350 rpm), pois ao contrário, alta velocidade, irá causar a degradação do
polímero;
d) A solução de uso após preparada é transferida para um tanque reserva, que fica abaixo
do tanque de preparo, para prover um abastecimento contínuo do polímero.
Devido à elevada viscosidade do produto, ele torna-se muito escorregadio. Por
isso, no caso de derramamento, o local deve ser coberto com material absorvente inerte,
recolhido e colocado em recipientes devidamente fechado antes de lavar o local com água
corrente.
O Polyfloc AE1125 é fornecido em bombonas de 50 Kg.
6.2 DESCRIÇÃO DA ETE II DA CEUSA
O processo inicia-se na geração de efluentes oriundos de duas polidoras/retifica e
o efluente gerado na terceira queima de peças especiais, conforme podemos observar na
Figura 07.
A ETE II possui dois reservatórios de recebimento do efluente gerado pela fábrica
de polimento e retifica e a água de corte da terceira queima, cada polidora deposita seu
efluente em um reservatório, dividindo assim a ETE II em Linha 1 e Linha 2, sendo que o
efluente da terceira queima é depositado na Linha 1.
Saída do Lodo em Tortas
Média de 4526,3 kg/dia sólidos)
(Média de 2945,61 L/dia líquidos)
Filtro Prensa
Saída dos Efluentes
Com Resíduos Sólidos
Saída do Lodo Liquido
(Densidade 1,20g/cm3)
Tanques de Decantação
(Capacidade 80 m3 cada)
Secadores
01
Fabrica de
Polimento
02
‡ 160
Tanque de Distribuição
Com Água Tratada
(Capacidade 40 m3)
Bomba de
Abastecimento
‡ 110
Água 3a Queima
(440L/min)
Bomba de Retorno
(Vazão de 1920 L/min e % Sólidos de 0,26%)
Figura 7: Sistema de tratamento de efluentes do polido, retificado e terceira queima. Fonte: CEUSA
Bomba de Retorno
(Vazão de 1920 L/min e % Sólidos de 0,26%)
O coagulante é adicionado diretamente nos tanques que recebem os efluentes, constituindo as
linhas 1 e 2 da ETE II, conforme explicados anteriormente. A mistura do Klaraid com o efluente ocorre
naturalmente.
Um sistema de bóias de nível máximo e mínimo aciona e desliga a bomba de recalque do
efluente, e simultaneamente a bomba dosadora de coagulante e floculante.
A bomba tem a função de recalcar o efluente aos tanques de decantação (Figura 08).
Figura 08 – Tanques de Decantação. FONTANELLA, 2003.
44
Na tubulação de saída da bomba é injetado o floculante possibilitando a mistura do produto
com o efluente no percurso até o decantador. Não existe, portanto, unidade de mistura dimensionada de
acordo, para as etapas de coagulação e floculação.
Cada tanque de decantação, que tem por função promover a sedimentação dos resíduos
sólidos, apresentam uma capacidade de volume de 80 m3 cada, sendo no total quatro decantadores, dois
para cada polidora.
Os resíduos depositados nos tanques de decantação, automaticamente são retirados para o
tanque de lodo (Figura 09), que funciona como adensador.
Figura 09: Tanque de Lodo ou Adensador de Lodo. FONTANELLA, 2003.
45
Após passar pelo adensador, o lodo segue para o filtro prensa (Figura 10). As tortas formadas
no filtro, são depositadas num boxe e a água filtrada retorna aos decantadores.
Figura 10: Filtro Prensa de Placas. FONTANELLA, 2003.
A água tratada após passar pelo estágio de decantação é transferida para o tanque de
abastecimento com capacidade para 40 m3, de onde a água retorna para as máquinas de polir e retificar.
O circuito do efluente na ETE II leva 1 hora e 11 minutos, desde a chegada do efluente bruto
no reservatório até a chegada do efluente tratado para o tanque de abastecimento da fábrica.
46
O coagulante também é utilizado para corrigir o pH, uma vez que reage com a alcalinidade
presente no efluente, consumindo-a no processo de coagulação, é adicionado concentrado, ou seja, puro,
através de duas bombas dosadoras, um para cada linha de efluente. O tanque de preparo do floculante tem
capacidade para 1500 Litros, sendo que o produto é dosado através de 2 bombas, uma para cada linha de
efluente.
6.3 DOSAGEM DE PRODUTOS QUÍMICOS
Os cálculos para dosagem de coagulante e floculante foram estabelecidos através de ensaio em
jarteste, utilizando-se como fórmula geral:
C1 x V1 = C2 x V2
Onde:
C = concentração
V = volume
Tabela 04 – Condições do Efluente Bruto
Sólidos
Turbidez Sedimentáveis
(NTU)
(mL.L-1)
ETE II
pH
Linha 1
9,48
258
3,6
Linha 2
9,76
1010
13
47
a) Cálculo para dosagem de coagulante:
Tabela 05 – Resultados obtidos no ensaio para avaliar a melhor concentração de coagulante.
ETE II
Dosagem
mL
pH
Turbidez (NTU)
Aspecto
Visual*
Linha 1
1
2
3
8,46
7,63
7,40
56
8
17
X
Linha 2
1
2
3
8,99
8,55
8,28
71
24
16
X
* Observações realizadas no instante do teste com relação à formação e consistência dos coágulos, velocidade de decantação e
clarificação de amostra.
Concentração do Produto = 5%
5 mL ——— 100 mL
5g
——— 100 mL
50 g ——— 1000mL
Concentração no efluente de coagulante (CC) = 50 g.L-1 ou 50000 mg.L-1 ou 50000 ppm
Volume de coagulante (VC) = 2 mL
Volume no jarro (VJ) = 2000 mL
CC x VC = CJ x VJ
Concentração de coagulante no Jarro (CJ) = 50 ppm ou 50 mg.L-1
Cálculo para vazão de dosagem:
48
Vazão do efluente (QE) = 1920 L.min-1
Concentração de coagulante no efluente (CE) = 50 mg.L-1
Como o produto é dosado puro no efluente a dosagem ideal é: 1920 L.min-1 x 50 mg.L-1, ou seja, 96 g.min1
, porém levando em consideração a densidade do coagulante de 1,3 g.mL-1, a dosagem em litros é de 73,8
mL.min-1 ou 4,4 L.h-1.
b) Cálculo para dosagem de Floculante:
Tabela 06 – Resultados obtidos no ensaio para avaliar a melhor concentração de floculante.
ETE II
Dosagem
mL
pH
Turbidez (NTU) Aspecto
Visual*
Linha 1
9
7,41
<1
X
Linha 2
8
8,36
<1
X
* Foram realizadas dosagens que variaram de 4 a 10 mL, registrando-se na planilha acima as melhores dosagens. O aspecto
visual refere-se às condições observadas quanto a remoção de turbidez, velocidade de sedimentação e tamanhos dos flocos
obtidos durante o teste.
Concentração do produto = 0,13%
O,13 mL ——— 100 mL
0,13 g
——— 100 mL
1300 mg ——— 1000mL
Concentração do floculante (CF) =1300 mg.L-1
Volume de floculante (VF) = 8,5 mL
49
Volume no jarro (VJ) = 2000 mL
CF x VF = CJ x VJ
Concentração de floculante no Jarro (CJ) = 5,5 ppm ou 5,5 mg.L-1
Cálculo para vazão de dosagem:
Vazão do efluente (QE) = 1920 L.min-1
Concentração de dosagem do floculante (CE) = 5,5 mg.L-1
Concentração do floculante (CD) = 1300 mg.L-1
CD x VD = CE x VE
Vazão de dosagem do floculante preparado (QD) = 8,1 L.min-1 ou 8100mL.min-1
Vazão de dosagem do floculante = 10,6 mL.min-1 ou 0,6 L.h-1.
c) Vazões de dosagem:
50
Tabela 07 – Resultados das Vazões de Dosagens:
unidades
Vazão do efluente bruto
da Linha 1 e da Linha 2
1920
115,2
L . s –1
m3. h–1
Concentração do Coagulante a ser dosado
5
50000
%
mg . L–1
Volume do Jarro
2
L
Dosagem ótima considerada/jarro
2
mL
Concentração do coagulante no jarro
50
Taxa mássica de coagulante na ETE
5,76
mg . L–1 ou
g . m-3
Kg . h–1
Densidade do produto
1,3
g . mL-1
Vazão de dosagem teórica de coagulante
4,4
73,8
0,13
1300
L . h–1
mL . min–1
%
mg . L–1
Dosagem ótima considerada/jarro
8,5
mL
Concentração do floculante no jarro
5,5
Taxa mássica de floculante na ETE
0,64
mg . L–1 ou
g . m-3
Kg . h–1
Densidade do produto
1
g . mL-1
Vazão de dosagem teórica de floculante concentrado
0,6
10,6
L . h–1
mL . min–1
Concentração do floculante a ser dosado
d) Comentários:
Embora as dosagens ideais sejam as citadas acima, no dia-a-dia da empresa, através de ensaios
em jarteste, emprega-se dosagens de 3,6 L.h-1 para coagulante e de 0,28 L.h-1 de floculante, pois como o
sistema funciona em circuito fechado já ocorre uma concentração residual dos produtos no efluente a ser
tratado.
51
6.4 EFICIÊNCIA DA ETE
A qualidade dos efluentes brutos das linhas 1 e 2, bem como dos efluentes clarificados, obtidos
com as dosagens ideais de coagulante e floculante, durante os ensaios de jarteste, encontram-se
apresentadas na tabela 08 e que apresenta também a eficiência do tratamento.
Tabela 8 – Qualidade e Eficiência do Tratamento de Efluentes
Parâmetros
Efluente Linha 1
bruto
tratado eficiência
Efluente Linha 2
Bruto
tratado eficiência
Padrão de Emissão
Art. 19(1)
Art. 21(2)
pH
8,9
7,9
##
9,8
8,3
##
6a9
5a9
Alcalinidade (mg.L-1)
79,6
33,3
58,2%
291,3
30,1
89,7%
##
##
##
##
##
Dureza total (mg.L-1)
1693,2 1628,5
##
1683,2 1688,2
Chumbo total (mg.L-1)
0,44
<0,05
> 99%
5,40
0,10
98,9%
0,5
0,5
Zinco total (mg.L-1)
3,96
<0,01
>99%
65,00
0,07
99,9%
1,0
5,0
Obs.: (1) Valores máximos permitidos segundo a Legislação Ambiental de Santa Catarina – Decreto Nº 14250, de 05 de junho
de 1981, Art. 19 – Emissões de Efluentes Líquidos.
(2) Valores máximos permitidos segundo a Resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente – CONAMA Nº 20, de
18 de junho de 1986, Art. 21.
Como comentado, a adição de coagulantes a base de sais de alumínio ou ferro, tendem a baixar
o pH do efluente, resultante da reação do mesmo com a alcalinidade presente no efluente, conforme pode
ser verificado na reação:
Al2(SO4)3 . 18H2O + 3Ca(HCO3)2
ĺ
3CaSO4
+ 2Al(OH)3 + 6CO2 + 18 H2O
Conseqüentemente, a alcalinidade também é reduzida, precipitando com o lodo. A dureza que
mede a concentração de cálcio e magnésio, não é removida durante o processo e mantém-se elevada
também em função da recirculação do efluente.
52
Ressalta-se que o processo adotado como tratamento na CEUSA, remove partículas em
suspensão, porém não é indicada para remoção de sais ou sólidos dissolvidos do efluente, entre esses sais
de cálcio e magnésio.
O tratamento, porém, apresenta-se com boa eficiência na remoção dos metais presentes, como
exemplificado nos dois metais analisados: chumbo e zinco. O efluente resultante possui baixa turbidez e é
isento de sólidos em suspensão, apresentando-se em condições de reaproveitamento da água no processo
industrial.
Com relação ao atendimento à legislação ambiental, tanto na esfera estadual, decreto n.º
14250/81 do Estado de Santa Catarina como a Resolução n.º 20/86 do Conselho Nacional do Meio
Ambiente – CONAMA, o tratamento realizado atendem ao disposto nesses dois dispositivos legais, sendo
que em caso de necessidade de lançamento dos efluentes no corpo receptor, estes teriam condições de se
enquadrarem dentro do que determina a legislação em vigor. Ressalta-se que não há padrões de emissão
para dureza, e nesse caso o teste que poderia dar uma resposta quanto às condições ambientais no efluente
tratado, seria o teste ecotoxicológico, realizado conforme a Portaria 017/2002 da FATMA, que estabelece
os limites máximos de toxicidade aguda para efluentes de diferentes origens.
O corpo receptor dos efluentes da CEUSA seria, se necessário, o rio dos Americanos, rio
enquadrado como rio de Classe II, conforme Portaria 024/79 que enquadra os cursos d’água do estado de
Santa Catarina.
53
7 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os resultados obtidos em escala laboratorial indicam que o tratamento físico-químico é uma
alternativa para efluentes de indústrias cerâmicas, deixando claro que é possível se adequar a ETE
instalada, obtendo um efluente final de excelente qualidade utilizando-se produtos adequados ao tipo de
efluente ou água a ser tratada e nas dosagens indicadas.
A água proveniente do polimento e retífica é recuperada em cerca de 3500 m3.dia1, sendo a
capacidade do sistema de 3,6 m3.min-1.
Para um melhor desempenho da ETE II, fica sugerido a instalação de um misturador em cada
linha polidora, sendo que atualmente o mesmo ocorre no tanque recolhedor de efluente, não assegurando
uma mistura homogenia implicando que parte do efluente seja supertratado enquanto que outras partes
sejam insuficientemente tratadas.
Deste modo, fica claro que para um bom tratamento de efluentes, se faz necessário uma
mistura intensa no ponto de aplicação do coagulante, permitindo à completa dispersão do mesmo na água.
Sugere-se também, o acompanhamento do processo através da medição do potencial zeta, para
avaliar a estabilidade e a tendência à floculação dos colóides.
A questão dos resíduos sólidos originados no processo de filtragem, não foi abordada neste
estudo, pois a finalidade do mesmo concentrou-se no tratamento dos efluentes da ETE através da adição de
54
produtos químicos, ficando esta questão sugerida para um próximo estudo, tanto com relação a sua
classificação de acordo com a NBR 10004, quanto a sua disposição em aterros ou até mesmo a utilização
destes como insumo em outro processo industrial.
55
8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANDREOLI, Cleverson V. Resíduos Sólidos do Saneamento: Processamento, Reciclagem e
Disposição Final. Rio de Janeiro: RiMa, ABES, 2001. 282 p.:il.
AZEVEDO NETTO, José M. Decantação. In: BNH/ABES/CETESB. Técnica de Abastecimento e
Tratamento de Água. São Paulo: CETESB, 1976. p. 767 – 809.
BITTENCOURT, Eduardo L., BENINCÁ, Emerson. Aspectos Superficiais do Produto Grês Polido.
Cerâmica Industrial, São Paulo: Associação Brasileira de Cerâmica, v. 7, n. 4, p.40-46, jul/ago 2002.
CAMPOS, José R., POVINELLI, Jurandir. Coagulação e Floculação. In: BNH/ABES/CETESB. Técnica
de Abastecimento e Tratamento de Água. São Paulo: CETESB, 1976. p. 661 – 703.
DI BERNARDO, Luiz, DI BERNARDO, Ângela, CENTURIONE FILHO, Paulo L. Ensaios de
Tratamento de Água e dos Resíduos Gerados em Estações de Tratamento de Água. São Carlos(SP):
RIMA, 2002. 237p.
ESCARDINO, A., et al. Tratamiento de Emisiones Gaseosas, Efluentes Líquidos y Residuos Sólidos
de la Industria Cerámica. Espanha: IMPIVA, 1998. 191p.
HAMMER, Mark J. Sistemas de Abastecimento de Águas e Esgotos. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e
Científicos, 1979. 340 p.
LEME, Francisco Paes. Teorias e Técnicas de Tratamento de Água. 2ª ed. Rio de Janeiro: ABES, 1990.
610p.
MANFRINI, Cláudio. Produtos Químicos – Dosagens e Aplicações. In: BNH/ABES/CETESB. Técnica
de Abastecimento e Tratamento de Água. São Paulo: CETESB, 1976. p. 581 – 658.
NUNES, José A. Tratamento Físico-Químico de Águas Residuárias. 2ª ed. Aracaju: Gráfica e Editora J.
Andrade, 1996. 277 p.
PARLATORE, Antônio C. Mistura e Floculação. In: BNH/ABES/CETESB. Técnica de Abastecimento e
Tratamento de Água. São Paulo: CETESB, 1976. p. 719 – 766.
RICHTER, Carlos A. Tratamento de Lodos de Estações de Tratamento de Água.
EDGARD BLÜCHER, 2001. 563p.
São Paulo:
SANTOS FILHO, Davino F. dos. Tecnologia de Tratamento de Água – Água para Indústria. 3ª ed.
São Paulo: NOBEL, 1985. 251p.
VON SPERLING, Marcos. Introdução à Qualidade das Águas e ao Tratamento de Esgotos. 2ª ed.
Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – UFMG, 1996. 243p.
56
Decreto
Estadual
nº
14250,
de
05
de
junho
de
1981,
Art.
<http://www.fatma.sc.gov.br/dowload/legislacao/tema3/dec14250.doc> Acesso em 07 nov. 2003.
19.
Resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente – CONAMA nº 20, de 18 de junho de 1986, Art.
21. <http://www.mma.gov.br/port/conama> Acesso em 07 nov. 2003.
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9 ANEXOS DAS ANÁLISES
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UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE - UNESC
Instituto de Pesquisas Ambientais e Tecnológicas – IPAT
Laboratório de Análises Físico - Químicas
RELATÓRIO DE ENSAIO Nº: 055/2003
RELATÓRIO DE ENSAIO Nº: 055/2003
PROGRAMA CONTROLE DA POLUIÇÃO AMBIENTAL
Dados da Amostra
Data da coleta: 16/09/03
Data de entrada: 17/09/03 Período de Execução do ensaio: 17/09 a 24/09/2003
Interessado: Fundação do Meio Ambiente - FATMA e Polícia Ambiental
Empresa: Indústria Cerâmica Ceusa
Descrição da amostra: Efluente Clarificado
Ponto de Coleta: M2 - Saída da ETE
Coletor: Nadja
Amostragem: Simples
Temperatura da Amostra (°C): **
Hora Coleta: **
Resultados
Parâmetro
Resultado
Valor Máximo
Permitido(2)
Mínimo
Método de Análise
tectável
pH (19,0°C)
8,3
6,0 a 9,0
0,1
Potenciométrico
Alcalinidade Total (mg.L-1)
30,1
##
0,1
Titulométrico à pH 4,3
1688,2
##
0,1
Titulométrico
0,10
0,5
0,05
Espec. Absorção Atômica
0,07
1,0
0,01
Espec. Absorção Atômica
Dureza Total (mg.L-1)
Chumbo (mg.L-1)
-1
Zinco (mg.L )
Obs: ( 1 ) = Valores máximos permitidos segundo a Legislação Ambiental de Santa Catarina - Decreto no
50, de 05 de junho de 1981, Art. 19 - Emissão de Efluentes Líquidos.
****************************************************************************
Cricúma, 24 de setembro de 2003.
________________________
Nadja Zim Alexandre
Quím. Resp. CRQ 13100032
___________________________
João Oto Schmitz Junior
Quím. - CRQ nº 13100288
Os resultados apresentados no presente relatório se aplicam somente à amostra ensaiada.
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RELATÓRIO DE ENSAIO Nº: 056/2003
PROGRAMA CONTROLE DA POLUIÇÃO AMBIENTAL
Dados da Amostra
Data da coleta: 16/09/03
Data de entrada: 17/09/03 Período de Execução do ensaio: 17/09 a 24/09/2003
Interessado: Fundação do Meio Ambiente - FATMA e Polícia Ambiental
Empresa: Indústria Cerâmica Ceusa
Descrição da amostra: Efluente Bruto
Ponto de Coleta: M2 - Entrada da ETE
Coletor: Nadja
Amostragem: Simples
Temperatura da Amostra (°C): **
Hora Coleta: **
Resultados
Parâmetro
Resultado
Valor Máximo
Permitido(2)
Mínimo
Método de Análise
Detectável
pH (19,0°C)
9,8
6,0 a 9,0
0,1
Potenciométrico
Alcalinidade Total (mg.L-1)
291,3
##
0,1
Titulométrico à pH 4,3
Dureza Total (mg.L-1)
1683,2
##
0,1
Titulométrico
5,40
0,5
0,05
Espec. Absorção Atômica
65,00
1,0
0,01
Espec. Absorção Atômica
-1
Chumbo (mg.L )
-1
Zinco (mg.L )
Obs: ( 1 ) = Valores máximos permitidos segundo a Legislação Ambiental de Santa Catarina - Decreto no
14250, de 05 de junho de 1981, Art. 19 - Emissão de Efluentes Líquidos.
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Quím. Resp. CRQ 13100032
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Os resultados apresentados no presente relatório se aplicam somente à amostra ensaiada.
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RELATÓRIO DE ENSAIO Nº: 057/2003
PROGRAMA CONTROLE DA POLUIÇÃO AMBIENTAL
Dados da Amostra
Data da coleta: 16/09/03
Data de entrada: 17/09/03 Período de Execução do ensaio: 17/09 a 24/09/2003
Interessado: Fundação do Meio Ambiente - FATMA e Polícia Ambiental
Empresa: Indústria Cerâmica Ceusa
Descrição da amostra: Efluente Bruto
Ponto de Coleta: M1 - Entrada da ETE
Coletor: Nadja
Amostragem: Simples
Temperatura da Amostra (°C): **
Hora Coleta: **
Resultados
Parâmetro
Resultado
Valor Máximo
Permitido(2)
Mínimo
Método de Análise
Detectável
pH (19,0°C)
8,9
6,0 a 9,0
0,1
Potenciométrico
Alcalinidade Total (mg.L-1)
79,6
##
0,1
Titulométrico à pH 4,3
1693,2
##
0,1
Titulométrico
0,44
0,5
0,05
Espec. Absorção Atômica
3,96
1,0
0,01
Espec. Absorção Atômica
Dureza Total (mg.L-1)
Chumbo (mg.L-1)
-1
Zinco (mg.L )
Obs: ( 1 ) = Valores máximos permitidos segundo a Legislação Ambiental de Santa Catarina - Decreto no
14250, de 05 de junho de 1981, Art. 19 - Emissão de Efluentes Líquidos.
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Os resultados apresentados no presente relatório se aplicam somente à amostra ensaiada.
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RELATÓRIO DE ENSAIO Nº: 058/2003
PROGRAMA CONTROLE DA POLUIÇÃO AMBIENTAL
Dados da Amostra
Data da coleta: 16/09/03
Data de entrada: 17/09/03 Período de Execução do ensaio: 17/09 a 24/09/2003
Interessado: Fundação do Meio Ambiente - FATMA e Polícia Ambiental
Empresa: Indústria Cerâmica Ceusa
Descrição da amostra: Efluente Clarificado
Ponto de Coleta: M1 - Saída da ETE
Coletor: Nadja
Amostragem: Simples
Temperatura da Amostra (°C): **
Hora Coleta: **
Resultados
Parâmetro
Resultado
Valor Máximo
Permitido(2)
Mínimo
Método de Análise
Detectável
pH (19,0°C)
7,9
6,0 a 9,0
0,1
Potenciométrico
33,3
##
0,1
Titulométrico à pH 4,3
Dureza Total (mg.L-1)
1628,5
##
0,1
Titulométrico
Chumbo (mg.L-1)
< 0,05
0,5
0,05
Espec. Absorção Atômica
Zinco (mg.L-1)
< 0,01
1,0
0,01
Espec. Absorção Atômica
-1
Alcalinidade Total (mg.L )
Obs: ( 1 ) = Valores máximos permitidos segundo a Legislação Ambiental de Santa Catarina - Decreto no
14250, de 05 de junho de 1981, Art. 19 - Emissão de Efluentes Líquidos.
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