ABSTRACT
RESUMO Este artigo apresenta estudos de coagulação, floculação e flotação por ar dissolvido que foram conduzidos com o objetivo de promover a clarificação de águas de lavagens de filtros (ALF) em uma estação de tratamento de água (ETA) com base em experimentos de bancada e piloto. A efetividade da coagulação-floculação foi analisada pela flotabilidade dos agregados obtidos sob diferentes níveis de pH e dosagem de cloreto de polialumínio, enquanto ensaios de flotação foram investigados com base na eficiência de saturação em bancada e na taxa de recirculação. Os resultados indicaram que o pH e a concentração do coagulante representaram condições críticas na etapa de coagulação. A variação do pH da ALF condicionada com 8 mg.L-1 de Al+3 destacou a formação de espécies hidrolisáveis e a elevada atividade das cargas dos coloides indicou a ocorrência de mecanismos diferentes da neutralização de cargas na coagulação. A máxima clarificação da água ocorreu com dosagem de 12 mg.L-1 de Al+3, razão de recirculação de 10%, tempo de floculação de 15 min e pH 6,5. Em configuração otimizada, a técnica alcançou remoção de 88% de turbidez e 86% de sólidos totais, o que pode resultar em mais de 11 quilogramas de sólidos removidos do sistema de tratamento em cada ciclo de lavagem em comparação com a sedimentação, implicando aumento de 33% da carreira de filtração e, consequentemente, redução de custos e melhor desempenho da estação.
ABSTRACT This article presents studies on coagulation, flocculation and dissolved air flotation that were conducted with the aim of promoting the clarification of spent filter backwash water (SFBW) in a Water Treatment Plant (WTP) based on bench and pilot experiments. The effectiveness of coagulation-flocculation was analyzed according to the buoyancy of the aggregates obtained from different levels of pH and dosage of polyaluminium chloride, whereas flotation tests were investigated based on bench saturation efficiency and recirculation rate. According to the results, the pH and the concentration of the coagulant represented critical conditions in the coagulation. The pH variation of the SFBW conditioned with 8 mg.L-1 of Al + 3 highlighted the formation of hydrolyzable species, and the high activity of the colloid indicated the occurrence of different mechanisms for neutralization in the coagulation. The maximum clarification of the SFBW occurred with a dosage of 12 mg.L-1 of Al+3, recirculation rate of 10%, flocculation time of 15 min, and pH 6.5. In an optimized configuration, the technique achieved removal of 88% turbidity and 86% total solids, which can result in more than 11 kilograms of solids removed from the WTP in each backwashing cycle compared with sedimentation. This would imply an increase of 33% in the backwashing interval and, consequently, in the reduction of costs and in the better performance of the WTP.
ABSTRACT
RESUMO O sulfato de alumínio (SA) é amplamente utilizado como coagulante no tratamento de água de abastecimento via ciclo completo. Coagulantes alternativos estão disponíveis no mercado, dentre eles o cloreto de polialumínio (PAC). Porém, estudos comparativos entre o SA e os PACs de alta (PAC-AB) e baixa (PAC-BB) basicidade em relação à cinética de floculação ainda são escassos. Nesse sentido, o intuito deste trabalho foi comparar o uso de PAC-BB, PAC-AB e SA via coagulação, floculação e sedimentação, bem como avaliar o efeito na condutividade elétrica, na formação de lodo, na alcalinidade, no pH e na remoção de turbidez baseado na cinética de floculação e morfologia do floco formado. Os resultados indicaram aumento de 8,1% na condutividade elétrica e de 30,6 mg.L-1 na formação de lodo; não houve diferença significativa entre os coagulantes. O PAC-AB apresentou menor consumo de alcalinidade e, consequentemente, menor redução no pH. A remoção de turbidez foi estatisticamente igual entre o PAC-BB (91,8 ± 3,7%) e o PAC-AB (91,5 ± 1,1%), porém maior que no SA (82,2 ± 6,4%). Essa diferença se acentua com o aumento da velocidade crítica de sedimentação. A constante de agregação dos flocos (K A ) apresenta resultados estatisticamente iguais entre os coagulantes, e o melhor desempenho de remoção de turbidez dos PACs em relação ao SA se deve à menor constante de ruptura do floco (K B ), podendo-se inferir, portanto, que os flocos formados com o PAC-AB e o PAC-BB são mais fortes que os formados com o SA.
ABSTRACT Aluminum sulfate (AS) is widely used as a coagulant in conventional drinking water treatment facilities. Alternative coagulants are commercially available, including polyaluminium chloride (PAC). However, comparative studies between AS and PAC with high (PAC-AB) and low (PAC-BB) basicity regarding flocculation kinetics are still scarce. In this sense, the aim of this work is to compare the use of PAC-BB, PAC-AB, and AS via coagulation, flocculation, and sedimentation as well as to evaluate the effect on electrical conductivity, sludge formation, alkalinity, pH, and turbidity removal based on flocculation kinetic and floc morphology. The results indicated that the increase in electrical conductivity was 8.1% and the sludge formation was 30.6 mg.L-1, and that there was no significant difference between coagulants. PAC-AB presented the lowest alkalinity consumption and, consequently, the lowest pH reduction. Turbidity removal was statistically equal between PAC-BB (91.8 ± 3.7%) and PAC-AB (91.5 ± 1.1%), but higher than in AS (82.2 ± 6.4%). This difference is accentuated with the increase in critical settling velocity. The floc aggregation constant (K A ) is statistically equal among the coagulants, and the better turbidity removal performance of the PACs in relation to the AS is due to the lower floc breaking constant (K B ) and may, therefore, infer that the flocs formed with PAC-AB and PAC-BB are stronger than those formed with SA.
ABSTRACT
RESUMO Cloreto de polialumínio (PAC) é um coagulante polimérico inorgânico pré-hidrolisado que tem se destacado no tratamento de água de abastecimento e residuária por formar um precipitado de Al(OH)3* rígido e pesado, além de ter baixo efeito no pH. A literatura, porém, ainda é escassa na correlação da química e da física do coagulante com otimizações de processo. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho foi empregar o PAC em estudos de tratabilidade de água de abastecimento via coagulação, floculação e sedimentação. Para isso, inicialmente foi feito um modelamento matemático para ajuste de turbidez e pH e construídos diagramas de coagulação de turbidez e de cor aparente remanescentes com pH de 4,0 a 9,0 e dosagem de 10 a 120 mg.L-1 de PAC (0,6 a 6,9 mg.L-1 de Al3+). Também foram estudados diferentes gradientes de velocidade e tempos de mistura para a coagulação e a floculação. Os diagramas de coagulação apresentaram resultados satisfatórios na faixa de pH entre 7 e 9 com dosagem superior a 30 mg.L-1 de PAC (1,7 mg.L-1 de Al3+), e está relacionado com a solubilidade mínima do Al(OH)3*. Otimizações da coagulação e da floculação obtiveram melhora de até 79% da turbidez remanescente, redução de até 83% da área do sedimentador ou redução de até 67% na dosagem de PAC, em razão de um aumento do tamanho do floco produzido. Um conhecimento aprofundado da química e da física do processo relacionado ao uso do PAC pode, portanto, trazer benefícios ao seu uso.
ABSTRACT Polyaluminium chloride (PAC) is a pre-hydrolyzed inorganic polymeric coagulant that is being used widely in the treatment of water supply and wastewater by forming a hard and heavy Al(OH)3* precipitate, in addition to having a smaller effect on pH. The literature, however, is still scarce in correlating the chemistry and physics of the coagulant with process optimizations. The objective of this paper is to use PAC in studies of water supply treatability through coagulation, flocculation, and sedimentation. For this purpose, a mathematical modeling was initially performed to adjust turbidity and pH, and then remaining turbidity and apparent color coagulation diagrams were constructed with a pH of 4.0 to 9.0 and a dosage of 10 to 120 mg.L-1 of PAC (0.6 to 6.9 mg.L-1 of Al3+). Different gradients of velocity and mixing times for coagulation and flocculation were also studied. The coagulation diagrams indicated satisfactory results in the pH range between 7 and 9 with a dosage higher than 30 mg.L-1 of PAC (1.7 mg.L-1 of Al3+), and it is related to the minimum solubility of Al(OH)3*. Coagulation and flocculation optimizations achieved an improvement of up to 79% in the remaining turbidity, a reduction of up to 83% in the settler area or a reduction of up to 67% in PAC dosage, due to an increase in the size of the floc produced. An in-depth knowledge of the chemistry and physics of the process related to the use of PAC can, therefore, bring benefits to its use.
ABSTRACT
Uma das possibilidades para a redução da produção de lodo em estações de tratamento de água (ETAs) é o uso do cloreto de polialumínio (CPA) como coagulante, que pode ser aplicado de forma isolada ou em conjunto com sais de ferro. Este trabalho objetivou estudar o uso do CPA no que diz respeito à produção de lodo, bem como avaliar o impacto do lançamento de lodos de ETAs em estações de tratamento de esgoto (ETEs) do tipo lodos ativados convencional. Observou-se que a produção de lodo do CPA apresentou valores próximos em comparação ao sulfato de alumínio, em torno de 4,75 mg de massa seca para cada 1 mg de Al, e o seu eventual lançamento para posterior processamento em ETEs deverá alterar a qualidade físico-química do lodo desidratado, sendo esta função do tipo e dosagem de coagulante e suas impurezas.
One possible strategy to reduce sludge production in water treatment plant (WTP) is the application of polyaluminium chloride (PAC) as the sole coagulant or together with iron salts. The purpose of this paper was to investigate PAC usage with regard to sludge production as well as to evaluate impacts of discharging WTP sludge in activated sludge wastewater treatment plants (WWTPs). It was observed that PAC-based sludge production presented values close to aluminum sulfate-based sludge production, which was around 4.75 mg of dry solids per mg of Al. Furthermore, eventual discharge of PAC-based sludge in a WWTP should change the physical and chemical quality of the dry sludge, which is a function of coagulant type, coagulant dosage and of the impurities present in the coagulan's formulation.